01. Introdução e Conceitos Básicos

Beneficiamento de minérios I -

Revisão

Aplicações e conceitos básicos

Poços de Caldas – 29 de Novembro de 2012

Professor Mauricio Guimarães Bergerman

UNIFAL – MG - Instituto de Ciência e Tecnologia – Núcleo de Engenharia de Minas

ETAPAS DE PROCESSAMENTO

ENVOLVENDO SÓLIDOS PARTICULADOS

Preparação:

Cominuição e classificação;

Concentração:

Métodos densitários;

Flotação;

Separação magnética e eletrostática;

Outros: separação óptica (ore sorting).

Desaguamento:

Espessamento, filtragem e secagem.

Transporte

Cominuição

Redução de tamanho:

Britagem: acima de aprox. 20 mm;

Cominuição

Redução de tamanho:

Moagem: abaixo de aprox. 20 mm;

Cominuição

fonte: USGS, 2002 apud SCLIAR, 2004

Cominuição

Cominuição

fonte: Impacts, august 2010

CONCENTRAÇÃO:

Propriedades relevantes

Concentração densitária:

Densidade relativa.

Flotação:

Físico-química de superfície.

Separação magnética:

Susceptibilidade magnetica.

Separação eletrostática:

Condutibilidade elétrica / temperatura.

Ore sorting:

Diversas propriedades das partículas: brilho, cor,

radiação, magnetismo, química, etc.

Todos: granulometria!

Aplicações:

Concentração de minérios;

Separação de rejeitos industriais;

Tratamento de água;

Separação de resíduos domésticos;

Separação de resíduos de construção civil;

Descontaminação de solos;

Reciclagem de pneus;

Reciclagem de baterias;

Etc...

Porque separar partículas

sólidas?

Porque separar?

Sequeirinho

Sossego

Porque separar?

Salobo

Porque separar?

Exemplos de fluxogramas –

minério de ferro

aço = liga de ferro e carbono

propriedades:

• forjável a quente e a frio

• tratável termicamente

• magnético

• processo barato de produção: alto forno e refino

• tem suas propriedades alteradas por elementos de liga

minérios abundantes, jazidas superficiais e de grande volume:

• produção barata

• abundância de oferta

• concentração fácil = concentrados de alto teor

o minério de ferro para

redução em alto-forno

precisa ser:

• grosso (ou aglomerado),

• isento de finos,

• ter teor de Fe elevado,

• ter teor de SiO2 baixo,

• não ter contaminantes

(P, S)

produção de aço = redução do minério em alto

forno + refino


minério de ferro


minério de ferro

processos de beneficiamento de minérios:

densitários – hematita, d = 5,2, quartzo, d = 2,7

espirais concentradoras


minério de ferro

No Brasil não temos a cultura do uso do carvão !

balanço energético brasileiro

energia %

petróleo 42,0 gás natural 8,8 carvão vapor 1,2

carvão metalúrgico 0,1 U3O8 0,7

total de não renováveis 52,7

hidráulica 14,5 lenha 14,2 bagaço de cana 15,5

outras 3,2

total de renováveis 47,3


carvão

23

Fonte: BP (2008)

Fonte: EIA (2007)


carvão

Mundo

Em termos mundiais:

4,7 bilhões de t/ano.

E este número está crescendo !

É a mais importante de todas as commodities

minerais !

Polônia, China, EUA, Austrália

Colômbia, Venezuela

França, Alemanha, Bélgica, Holanda, UK


carvão

Eletrólise Minério

primário

Solo

Minério

oxidado

Mina

Britagem

Moagem

Flotação

Secagem

Mina Britagem Aglome-

ração

Lixiviação

em pilhas

Concentrado

30% Cu

Forno

de fusão

matte

45-60% Cu

blister

98,5% Cu

Conversor

Refino

do anodo

Eletrorrefino

anodo

99,7% Cu

Eletrólito

40-60 g/l Cu

Extração

por solventes

PLS

1-10 g/l Cu

Separação

Sólido-

Líquido

Fusão e

trefilação

Vergalhão

Fabricação

e uso

Produtos

de cobre

Au, Ag

Lixiviação de

concentrado Tratamento

do rejeito

Pirometalurgia

Hidrometalurgia

Co

nce

ntr

açã

o

Fabricação

H2SO4 or S elem.

Catodo

de cobre


cobre

27


cobre

Minério sulfetado

28

Processamento de lixo

doméstico

http://www.youtube.co

m/watch?v=VqXQOq

a1XcM

Perfil do lixo produzido nas grandes

cidades brasileiras:

1. 39%: papel e papelão

2. 16%: metais ferrosos

3. 15%: vidro

4. 8%: rejeito

5. 7%: plástico filme

6. 2%: embalagens longa vida

7. 1%: alumínio Fonte: ambiente brasil

29

Reciclagem de carros

http://www.youtube.com/watch?v

=ipgpwwBB9G0

http://www.youtube.com/watch?v=ipgpwwBB9G0

http://www.youtube.com/watch?v=ipgpwwBB9G0

30

Reciclagem de lixo eletrônico

http://www.youtube.com/watch?v=w5

varrki7gc&feature=related

31

Reciclagem de baterias

32

Tratamento de esgotos

http://www.youtube.com/watch

?v=UteJqfmnxZU

33

Descontaminação de solos

34

Reciclagem de resíduos de

construção civil

http://vimeo.com/11091114

Revisão dos conceitos

básicos

Teor:

Massa de um elemento ou substância pura,

referido a massa total em consideração, sempre

considerando-se o peso seco. Teor de um elemento: gramas de ouro por tonelada de minério;

Teor de uma substância ou mineral: % de caulinita (Al2Si2O5(OH)4)

em uma argila;

Teor de parte constituinte de um mineral: % de P2O5 em um

fosfato;

Teor de um conjunto de minerais, substâncias ou elementos: %

de terras raras em um mineral;

Teor:

100% de massa

100% de calcopirita

34,43% de cobre

100% de massa

30% de calcopirita

10.33% de cobre

Teor

Exercício:

Qual o teor máximo de ferro de uma hematita?

Dados:

Hematita: Fe2O3

Pesos atômicos: Fe: 56, O: 16

Densidade:

Densidade real: massa das partículas pelo seu

volume

Densidade aparente: considera o volume de

vázios

𝐷 =𝑀

𝑉

Umidade:

Quantidade de água presente no sólido dividida

pela massa de sólidos (seca). Chama de

umidade base seca, que é a referência em

tratamento de minérios.

Porcentagem de sólidos:

É a massa de sólidos (seca) dividida pela

massa de polpa (massa de sólidos mais massa

de água). Em tratamento de minérios, o padrão

é a porcentagem de sólidos em peso, salvo

menção em contrário.

Porcentagem de sólidos

Pode ser determinada também pela densidade

de polpa (Dp), Densidade dos sólidos (Drs) e

densidade do líquido (Drl):

Massa de sólidos

Pode ser determinado a partir da densidade de

polpa (Dp), volume de polpa (V) e porcentagem

de sólidos (%sol):

Densidade, Umidade, % solidos

Exercício:

- Em 100 g de uma polpa a 10% de sólidos, quantos g de

sólidos existem? E de água?

- Qual a porcentagem de sólidos em volume (v/v) de uma

polpa a 10% de sólidos? A densidade do sólido é 3,0 t/m3.

- Quanta água eu preciso adicionar a uma polpa a 60% de

sólidos para leva-la a 35%? A vazão considerada é de 300

t/h.

- Qual a umidade base úmida de um material com 10% de

umidade base seca?

Densidade, Umidade, % solidos

Exercício:

- Uma amostra de minério pesou 14,4 kg. Após a

secagem, este peso passou para 13,6 kg. Qual a umidade

do minério? Qual a sua porcentagem de sólidos?

- A amostra do exercício anterior foi colocada em um

recipiente no qual já havia 10 l de água. O volume do

recipiente subiu para 14,9 l. Previamente havia sido

medido o volume de material seco, que se verificou ser de

9,2 l. Pergunta-se: quais as densidades real e aparente do

material seco?

Área específica

Quociente da área de uma partícula pelo sua

massa (ou volume);

Pode ser medida pela adsorção de gases,

permeametria blaine, permeametria fischer,

BET....

Na indústria de minério de ferro e cimenteira, é

usada principalmente o método blaine,

funcionando na prática como uma medida de

granulometria.

Área específica

Exercício:

Qual a área específica de um cubo com uma

massa específica de 2,9 t/m3 e 1 m de lado.

Se este cubo for dividido em 8 partes iguais, qual

será a nova área específica total dos 8 cubos? Se

estes 8 cubos forem divididos novamente em 8

partes iguais, qual será a área específica total dos

64 cubos?

Distribuição granulométrica

A medida de tamanho por ser feita de

duas maneiras:

Medidas reais de uma ou mais de suas

dimensões;

Representação por uma esfera de tamanho

equivalente.


Medida de tamanho em laboratório:

Classificação por peneiras: 5 – 100.000 mm*;

Difração laser: 0,1 – 2.000 mm*;

Microscopia ótica: 0,2 – 50 mm*;

Microscopia eletrônica: 0,005 – 100 mm*;

Elutriação (cyclosizer): 5 – 45 mm*;

Sedimentação (gravidade): 1 – 40 mm*;

Sedimentação (centrifuga): 0,05 – 5 mm*.

* Tamanhos aproximados.


Correção entre métodos (usar com cautela,

varia conforme o material):

Métodos de determinação de

tamanho de partículas

Escolha do método:

Métodos de determinação de

tamanho de partículas

Diferenças entre métodos:

Métodos de determinação:

peneiramento

Função de 2 dimensões:

Máxima largura;

Máxima espessura.

Diâmetro nominal:

Obtido por comparação com um padrão (malha);

Definido pela menor dimensão da abertura da malha pela qual

passa a partícula;

“malha” significa o número de fios contidos por polegada

quadrada.


peneiramento

Peneiras de laboratório: Circulares: 20,3 cm (8”), 15,2 cm (6”) ou 7,6 cm (3”);

Circulares ou quadradas de 50 cm de diâmetro.


peneiramento

Séries padronizadas de peneiras:

German standard;

DIN 4188;

ASTM E11;

American Tyler;

French standard;

British BS 1796.


peneiramento

Séries padronizadas de peneiras (obs.: mesh=linhas por

pol):


peneiramento

Séries padronizadas de peneiras:


peneiramento

Peneiradores de laboratório:

Agitador de peneiras Agitador de peneiras quadradas


peneiramento

Peneiradores de laboratório:

Peneirador suspenso vibratório Rotap


peneiramento

Escolha das malhas de peneiramento: Em geral, as séries de peneiramento tem peneiras a cada

raiz quarta de 2 (1,189) ou raiz décima de dez (1,259).

É suficiente uma razão raiz de 2 (1,414) entre uma malha

e outra;

Ao redor da malha de interesse, pode-se usar a raiz quarta

de 2 entre as malhas.


peneiramento

Representação de resultados: Tabelas:

Frequência (%) de diâmetros por intervalo de tamanho;

Histogramas;

Curvas de distribuição de frequências:

Escala linear;

Escala logarítmica;

Curvas acumuladas de distribuição de frequências:

Linear;

Logarítmica (Gaudin-Schuhmann);

Probabilidade (Gauss);

Rossin-Rammler.


peneiramento

Representação de resultados: Tabelas:

Frequência (%) de diâmetros por intervalo de tamanho;


peneiramento

Representação de resultados: Curvas de distribuição de frequências com histograma:

Escala linear;


peneiramento

Representação de resultados: Curvas acumuladas de distribuição de frequências:

Linear / Logarítmica (Gaudin-Schuhmann);


peneiramento

Representação de resultados: Curvas acumuladas de distribuição de frequências:

Probabilidade (Gauss) / Rossin-Rammler.


peneiramento

Representação de resultados: Comparação entre escalas de frequência acumulada:


peneiramento

Representação de resultados:


peneiramento

Normas: AS 1411.11 (1980) Distribuição do

tamanho de partículas por peneiramento

a seco (para pedreiras);

AS 3881 (1991): granulometria de

carvão;

ISO 2591-1 (1988): peneiramento com

telas de malha e metal;

BS 1796 (1976): análise granulométrica.


Exercício:

- Dada a distribuição granulométrica de

alimentação e produto de um circuito de

moagem, informar o F80 e P80 do moinho.


Exercício:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00 0,01 0,10 1,00 10,00 100,00 1000,00

Passan

te a

cu

mu

lad

o (

%)

Malha (mm)

Alimentação moagem


Exercício:

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,00 0,01 0,10 1,00 10,00

Passan

te a

cu

mu

lad

o (

%)

Malha (mm)

Overflow dos ciclones (produto moagem)


Exercício:

- Em uma operação de peneiramento, 250 t/h de minério

são alimentadas em peneira com tela de 2”, resultando em

161,5 t/h de oversize, segundo as distribuições

granulométricas apresentadas abaixo. Qual o P98, P80 e

P50 dos três fluxos desta peneira? Qual a vazão em

massa do undersize?

Malha 8” 4” 2” 1” ½” ¼” -1/4”

Alimentação (%) 0 22,0 33,0 18,0 12,0 10,0 5,0

Oversize (%) 0 34,1 51,1 13,0 0 0 1,9

Undersize (%) 0 0 0 27,1 33,9 28,2 10,7

Balanço de massas,

metalúrgico e de água:

É o conceito mais importante do Tratamento de

minérios e a principal ferramenta do engenheiro

tratamentista. Baseia-se na Lei de Lavoisier:

todas as massas que entram em uma operação

unitária tem que sair nos seus produtos.

Balanço de massas,


Representação gráfica:

Balanço de massas,


Recuperação em massa:

Recuperação em metalúrgica:

Balanço de massas,

metalúrgico e de água: Distribuição/partição: é a massa total do elemento de

interesse em determinado fluxo divido pela massa

total do elemento de interessa na alimentação.

É representado pela % de material de interesse em

um referido produto;

O conceito de distribuição/partição é semelhante ao

de recuperação, ou seja, a massa de metal

recuperado em um determinado produto. Deve-se

atentar que o conceito recuperação em massa e

metalúrgica normalmente se refere a massa de

mineral ou do elemento útil que se reportou ao

concentrado.

Balanço de massas,


Distribuição:

Process

Ore:

10 grams of gold in

1 tonne of ore

Tailing:

2 g of Au in

~1 tonne of tailingConcentrate:

8 g of Au in 300 g of

concentrate

Distribuição/partição/recuperação do ouro para o concentrado. = 80%

Distribuição do ouro para o rejeito = 20%

Minério/ROM:

10 g de ouro em 1

ton de minério

Concentrado:

8 g de ouro em 300 g

de concentrado

Rejeito:

2 g de ouro em

aproximadamente 1

ton de rejeito

Balanço de massas,


Distribuição: De forma similar a recuperação, a

distribuição é calculada pela ponderação da

massa e teor do fluxo em questão pela massa e

teor da alimentação:

Tp = Teor do produto (%)

Ta = Teor de alimentação (%)

Mp = Massa de produto (g ou kg ou ton) ou % massa

Ma = Massa de alimentação (g ou kg ou ton) ou %

massa

Balanço de massas,


Exercício

- Dispomos das seguintes informações sobre

uma dada operação unitária:

Complete a tabela.

Vazão de

sólidos

(t/h)

% sólidos % Fe Vazão de

polpa (t/h)

Vazão de

água (m3/h)

Alimentação 40 48 48

Concentrado 25 64

Rejeito 50

Balanço de massas,


Exercício

Dados os teores de alimentação, concentrado e rejeito de

uma usina de beneficiamento de minério de ferro, calcular

a recuperação em massa e metalúrgica desta usina.

Dados:

Teor de alimentação: 48%

Teor de concentrado: 64%

Teor de rejeito: 30%

FONTES:

Notas de aula do Curso de extensão de Caracterização

tecnológica de matérias primas minerais – Prof. Dr.

Henrique Kahn – EPUSP

Mineral Processing Technology – Barry Wills e Tim

Nappier-Munn

Chaves, A. P. Teoria e prática do tratamento de minérios.

Vol. 1. 2006.

Imagens e vídeos google images

Imagens do autor

Hoberg, H. Applications of mineral processing in waste

treatment and scrap recycling. XVIII IMPC. Sydney. 1993.

01. Introdução e Conceitos Básicos

Documents

Transcript of 01. Introdução e Conceitos Básicos