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Procesamiento de minerales I
Concentração gravimétrica
Maria Luiza Souza
Montevideo – Porto Alegre 12-16 Agosto 2013
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAYUFRGS - DEMIN - BRASIL
Capítulo 10 – Concentração gravimétrica
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Neste item é apresentada a operação de concentração gravítica bem como os equipamentos mais usados.
- Jigues- Mesas- Calhas (canaletas)- Espirais- Concentradores centrífugos de cesto
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Introdução
A concentração gravimétrica é baseada na diferença de densidade entre dois ou mais minerais que se pretende separar.
É usada, por exemplo, no processamento de minerais de ferro, tungstênio, estanho, ouro, minerais industriais e lavagem do carvão.
Pode ser empregada em uma etapa anterior à flotação para separar partículas maiores (liberadas) , que não podem ser recuperadas na flotação.*
A separação por diferença de densidades envolve dois métodos diferentes:
- Separação em água que é a concentração gravimétrica propriamente dita;
- Separação em meio denso (DMS). Neste caso, o meio tem uma densidade controlada (maior do que a densidade da água).
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Introdução
O critério de concentração (CC), originalmente sugerido por Taggart*, é usado em uma primeira aproximação e fornece uma idéia da facilidade de se obter uma separação entre minerais por meio de processos gravimétricos. Entretanto, observar que este cálculo desconsidera o fator de forma das partículas minerais. É definido como segue.
Para concentração em água CC = (ρp −1) /(ρL−1) eq. [1]
onde:
ρp e ρL são as densidades dos minerais pesado e leve, respectivamente,e a densidade da água igual a 1,0.
Para concentração em meio denso CC = (ρp − ρmd) /(ρL− ρmd) eq. [2]
onde: ρmd é a densidade do meio denso.
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Introdução
O Quadro abaixo mostra a relação entre o critério de concentração CC e a facilidade de se realizar uma separação gravimétrica .
Muito cuidado com o uso do o critério de concentração (CC), pois de acordo com Burt*, por desconsiderar a forma das partículas, surpresas desagradáveis quanto à eficiência do processo podem se verificar na prática.
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Introdução
Exemplos:
Estabelecer a dificuldade de separação em água dos seguintes pares de minerais:
- Wolframita/areia CC = ?
- Schelita/areia CC = ?
- Schelita/Wolframita CC = ?
- E hematita de rutilo (ou de ilmenita) ?
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Introdução
A importância do controle granulométrico na concentração gravimétrica
O movimento de um sólido em um fluido é afetado por sua densidade e por seu tamanho. Sendo que o tamanho tem maior influência nas partículas graúdas (grossos).
A eficiência da separação gravimétrica aumenta com o incremento do tamanho da partícula, pois o movimento no fluido ocorre em regime turbulento (newtoniano).
Assim, é praticamente obrigatório eliminar do sistema partículas pequenas cujo movimento está condicionado por fenômenos de fricção superficial (Stokes).
Em resumo: na separação gravimétrica é necessário um rigoroso controle granulométrico. A operação de separação realizada em intervalos pequenos de tamanhos permite diminuir a influência do mesmo e lograr que a separação dependa em grande parte da densidade dos sólidos.
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Tabela 1- Influência do tamanho da alimentação na escolha do método gravimétrico
Hidrociclone: é o “water only cyclone”, que é um equipamento de concentração (não de classificação). Ver a Figura 13 no slide 18, Cap.09.
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Figura 1- Jigue manual: elementos básicos.
- Crivo- Tanque (tolva)- Sistemas:
1. de impulsão e sucção.
2. para adequar a forma da onda d’água.
3. para regular o fluxo de água.
4. para alimentar o mineral sobre o crivo.
5. de extração dos produtos.
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Figura 2- Jig Hartz: início da operação de jigagem mecanizada.
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Tabela 2- Jigues de crivo fixo.
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Figura 3- Jigues de crivo fixo (ver Tabela 2).
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Figura 4- Jigues de crivo fixo (ver Tabela 2).
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Figura 5- Jigue de três produtos.
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Figura 6- Jigue Baum-McNally® (Mogul)
Rejeito 1º. Pirita Rejeito 2º. Xisto Carvão ROM
Carvão lavado
Arca e câmaras
Usado na lavagem de carvão no Sul do Brasil.
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Figura 7- Estratificação das partículas no ciclo completo de jigagem.
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Figura 8- Estratificação segundo a densidade das partículas.
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Figura 9- Mesas concentradoras.UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
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Existem muitos tipos de mesas, todas operam em regime laminar com os sólidos submersos em uma lâmina de água.
Possuem duas características principais:
- Movimento diferencial - Fluxo de água transversal
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Figura 10- Trajetória das partículas em uma lâmina d’água.
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No momento que um grupo de partículas penetra em uma lâmina de água, seu comportamento inicial estará relacionado com o tamanho e a densidade de cada partícula e com a viscosidade do meio.
Ocorrem dois efeitos.
1º. Deslocamento das partículas dentro do fluido
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Figura 11- Forças sobre uma partícula em regime laminar.UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
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2º. Resistência da partícula ao movimento
Cada partícula que se encontra submersa na lâmina de água oferece uma resistência ao movimento em função de seu tamanho, sua densidade e também de sua posição transitória (momentânea) no interior da lâmina.
Partículas que estão sedimentadas no fundo se deslocarão com menor velocidade que partículas que se encontram próximas à superfície da água.
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Figura 12- Distribuição das partículas em uma lâmina d’água.UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
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Figura 13- Princípio de funcionamento dos riffles.
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Figura 14- Estratificação e sedimentação impedida entre riffles.
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Figura 15- Distribuição dos produtos em uma mesa.UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
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Figura 16- Mesa e divisores dos produtos.
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Figura 17- Calha Simples.
A calha simples é uma canaleta inclinada, feita em geral de madeira e de seção transversal retangular. Inicialmente, no fundo da calha eram instalados vários septos ou obstáculos (riffles), arranjados de modo a prover alguma turbulência e possibilitar a deposição das partículas pesadas, enquanto as leves e grossas passam sobre os riffles e formam o rejeito. Atualmente, os riffles foram substituídos por carpete que são mais eficientes para aprisionar partículas de ouro. O minério alimenta a calha na forma de polpa diluída. O pré-concentrado é removido manualmente da calha após interrupção ou desvio da alimentação, em alguns casos, requerendo um tratamento adicional de limpeza em outro equipamento de menor capacidade. Uso difundido para a concentração de aluviões auríferos e de cassiterita aluvionar (neste caso são mais longas).
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Figura 18- Calhas estranguladas em cascata.
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Figura 19- Bancada de espirais concentradoras (Humphrey).
Empregadas na concentração de ouro, prata, estanho, ilmenita, rutilo, zircão, areias monazíticas, ferro, barita, fosfato, etc.
Empregadas também na lavagem de finos de carvão (undersize da alimentação da jigagem) para retirada de cinzas e pirita.
Figura 20- Zonas de concentração na calha de uma espiral.
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As partículas mais leves são levadas mais rapidamente pelo empuxo da água até a periferia da borda da calha.
As partículas mais pesadas se permanecem na zona da coluna central, como conseqüência de uma menor velocidade tangencial .
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Figura 21- Concentrador centrífugo modelo Falcon.
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São centrífugas que consistem de uma cuba de formato tronco-cônico, com diâmetros da ordem de 90 cm ou maiores.
A velocidade de rotação pode variar de cerca de 400 rpm até mais de 600 rpm.
As capacidades também são variáveis, pois há equipos que operam em bateladas e outros de operação contínua.
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Figura 22- Concentrador centrífugo com água de lavagem.
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Exemplo deste tipo de equipamento é o separador Knelson que foi projetado para a separação de ouro fino.
Em geral, a alimentação e a descarga de rejeito é contínua, mas a descarga do concentrado é descontínua.
A capacidade varia de 1 a 150 t/h e podem recuperar partículas de ouro da ordem de 5 a 10 micra.