Capítulo 5 – Cominuição

Report
Procesamiento de minerales I
Cominuição
Maria Luiza Souza
Montevideo
5-9 Agosto 2013
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
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Capítulo 5 – Cominuição
Neste capítulo são
apresentados:
- mecanismos de
quebra;
- aspectos
energéticos;
- leis da
cominuição.
Figura 1- Planta de processamento de minério de ferro.
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Capítulo 5 – Cominuição
- Conjunto de operações de redução de tamanho
das partículas minerais.
- Inclui a britagem (1ª. etapa) e a moagem (2ª.
etapa).
- Execução controlada, em etapas e de modo a
cumprir um objetivo pré-determinado.
- Controlar tamanho máximo dos produtos e
evitar a geração excessiva de finos.
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Capítulo 5 – Cominuição
Na indústria, as operações de cominuição são
necessárias para permitir as seguintes operações.
- Manuseio do sólido: bloco de granito de 44” pesa
cerca de 3,8 t.
- Transporte contínuo do material: CT.
- Utilização direta do material: agregados para
construção e calcários para agricultura.
- Liberação do material de valor: processamento de
valores metálicos e outros.
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Capítulo 5 – Cominuição
Em uma planta de metálicos, a britagem reduz o tamanho do sólido até o
tamanho necessário para a operação posterior, a moagem.
A britagem é realizada pela compressão ou impacto do sólido contra superfícies
rígidas em contraste com a moagem que é realizada principalmente por abrasão
e impacto de um meio moedor que se movimenta livremente com o sólido.
A britagem é, em geral, realizada a seco, em até 4 estágios, com relações de
redução necessariamente pequenas.
A moagem a seco tem poucas aplicações no tratamento de minérios. Quase
sempre é realizada a úmido, em até 4 etapas, com graus de redução grandes e
muito variáveis .
Não há uma rigidez quanto à terminologia usada para delimitar cada etapa da
cominuição, porém, a classificação mostrada no Quadro 1 é bastante usada para
sólidos frágeis.
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Capítulo 5 – Cominuição
Observar que a britagem fina e a moagem grossa se sobrepõem
no que se refere ao intervalo de tamanho considerado, embora
usem equipamentos diferentes. Na verdade, a terminologia
usada na prática é bastante flexível, embora todos concordem
que britadores trabalham por compressão e moinhos operem
por abrasão.
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Capítulo 5 – Cominuição
Mecanismos de fratura
Nos sólidos cristalinos a fratura ocorre
segundo superfícies preferenciais
denominadas superfícies de clivagem.
Caso contrário, o limite de elasticidade
do material não será ultrapassado e a
energia fornecida ao sólido durante a
aplicação do esforço será liberada logo a
seguir sob a forma de calor ou ficará
armazenada como energia interna após
o retorno para a forma inicial.
tensão
tensão
É necessário apenas que o força aplicada
seja suficiente para romper as ligações
entre os nós da grade cristalina.
compressão
compressão
Figura 1 – Trinca (ou fratura)
resultante do esforço aplicado.
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Capítulo 5 – Cominuição
Mecanismos de fratura
Alguns fatores são reconhecidamente importantes na
fragmentação:
- o modo de aplicação da carga é fundamental. Experiências
mostram que a área adicional obtida por impacto é 3 a 4 vezes
maior do que a que se obtém com a mesma carga aplicada
lentamente por meio de prensas hidráulicas;
- o mecanismo de quebra de partículas grandes é distinto do
mecanismo de quebra de partículas pequenas. Experiências
indicam que o tamanho das menores partículas produzidas
está relacionado com a estrutura própria do material, mas o
das maiores depende diretamente do modo como é conduzida
a operação.
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Capítulo 5 – Cominuição
Figura 2- Principais mecanismos de fratura.
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Figura 3- Distribuição de tamanhos resultantes dos três
mecanismos de fratura: 1-abrasão; 2-compressão; 3-impacto.
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Capítulo 5 – Cominuição
Aspectos energéticos e “Leis da cominuição”
A quebra dos sólido se dá pelo rompimento de suas forças de coesão ao longo das
superfícies que o formam; portanto a cominuição importa na realização de
trabalho, ou seja, a aplicação de uma certa quantidade de energia em proporção
com a energia de coesão do sólido que deve ser rompido. É preocupação
constante na área tecnológica o conhecimento destas relações de energia no
processo de fragmentação dos sólidos pois, em plantas de processamento, é o
setor de cominuição o que mais consome energia.
É estimado que apenas entre 0,1 a 2% da energia fornecida ao equipamento é
usada realmente para aumentar a energia de superfície do material, com grande
parte da energia absorvida pelo próprio equipamento.
Existem três teorias antigas que buscam relacionar a energia necessária para
fragmentar um material até um tamanho pré-estabelecido e são chamadas de
“Leis da cominuição”. São elas: lei de Rittinger, lei de Kick e lei de Bond.
As duas primeiras têm uma base teórica profunda, mas a terceira é puramente
“experimental” !
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Lei geral
Lei de Kick ou primária
đE = - K dD/Dn
n=1
Integrando para os três
valores de n, temos:
E = K1 log (DF/DP)
Lei de Bond ou intermediária
Lei de Rittinger ou secundária
n = 1,5
n=2
E = Wi [(1/DP)0,5-(1/DF) 0,5]
E = K2 [(1/DP)-(1/DF)]
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Figura 4- Forma geral da relação entre redução de tamanho e energia.
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A cominuição é o processo recebeu maior atenção dos
pesquisadores nos últimos anos, principalmente a moagemclassificação, e o motivo é: se trata da operação unitária
mais importante tanto em termos de consumo energético
quanto em relação ao desempenho global de uma planta de
concentração.
Diversos modelos têm sido aplicados na simulação e
controle de circuitos de moagem, entre eles podemos citar:
balanço populacional, simulação usando DEM, etc.
Um aplicativo bastante usado na otimização de circuitos de
fragmentação em processamento mineral é o JKSimMet®: é
um produto comercial derivado da extensa pesquisa
realizada no instituto JKMRC em conjunto com a UQ e no
centro de pesquisa aplicada CSRIO.
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Capítulo 5 – Cominuição
A complexidade envolvida no interior de um moinho “de
queda” impede o cálculo dos valores dos parâmetros mais
importantes para a modelagem a partir da aplicação dos
princípios fundamentais da física.
Assim, foi necessário desenvolver técnicas eficientes para a
estimativa dos parâmetros dos modelos a partir dos dados
experimentais.
Estudos mostram que a maioria dos modelos aplicados aos
moinhos usam métodos semelhantes para descrever a função
de taxa de quebra e a função de distribuição de quebra.
Todavia, cada modelo tem seu próprio modo de representar os
mecanismos de transporte do material.
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Figura 5- Simulação usando DEM.
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Mede distribuição de
tamanho.
Determina texturas e
cores em separado por
classe de tamanho.
Discrimina diferentes
tipos de minério, etc.
Figura 6- VisioRock® sistema da Metso.
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Livros recomendados:
- Mineral Comminution
Circuits.
- An Introduction to
Mineral Balancing and
Reconciliation.
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