1 1 2 1 Relatório Diagnóstico PLs MCR Rev01

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Gerência de Operações de Usina - GAOUC1

DIFC/GEOCC/GAOUC

1.1.2.1 Relatório de avaliação de capacidades operacionais dos

equipamentos da planta de lavagem MCR (PL´s)

17/05/13

Emissão inicial: 17/05/13Anderson Satini




DIFC/GEOCC/GAOUC

SUMÁRIO

1. OBJETIVO ................................................................................................................................. 03

2. METODOLOGIA ........................................................................................................................ 03

3. SCRUBBER ............................................................................................................................... 03

3.1 Revisão conceitual ................................................................................................................. 03

Tabela I – Dados técnicos scrubber ............................................................................................. 06

Tabela II – Dimensional scrubber LT 1528 da MCR .................................................................... 07

Tabela III – Tabela comparativa dados operacionais projeto x realizado na PL MCR ................ 08

Figura I – Efeito cascata dentro do scrubber ............................................................................... 07

Figura II – Efeito catarata dentro do scrubber .............................................................................. 10

4. PENEIRA ................................................................................................................................... 11

Tabela IV – Abertura telas planta lavagem MCR após parada relevante 2013 ........................... 11

Tabela V – Modelamento operacional peneira PL 01 .................................................................. 12

Tabela VI – Modelamento operacional peneira PL 03 ................................................................. 12

Tabela VII – Modelamento operacional peneira PL 01 ................................................................ 12

5. CONCLUSÃO ............................................................................................................................ 13




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1. Objetivo

O presente relatório tem por objetivo apresentar o diagnostico operacional da planta

de lavagem MCR atualizado, bem como apresentar a capacidade de alimentação dos

equipamentos principais que podem afetar a qualidade dos produtos gerados e a

discussão técnica das condições atuais de operação scrubbers.

2. Metodologia

Foram levantadas as capacidades operacionais dos scrubbers da PL 01 (modelo LT-

1528), peneiras de classificação a úmido da PL 01 (modelo 5020), PL 03 (modelo 4015) e

PL 03 (3 peneiras modelo 4015).

No primeiro relatório emitido o calculo de capacidade das peneiras foram calculados

pelo modelamento matemático de dimensionamento vibratório manual FAÇO. A nova

interpretação é baseada nas condições operacionais reais medidas e analisadas, ou seja,

onde foi monitorada a velocidade de peneiramento da carga sobre a peneira,

considerando a altura da camada na peneira, granulometria, densidade do sólido, etc.

Para os scrubbers adotou-se o mesmo método utilizado na emissão do 1º relatório,

ou seja, o tempo de residência foi calculado pela vazão de polpa que alimenta o scrubber

e o volume útil do mesmo, correlacionando com as variáveis e uma nova interpretação da

visão de processo.

3. Scrubber

3.1 Revisão conceitual

De acordo com Taggart (1945), o processo de escrubagem e efetivamente adesagregação por meio de forças relativamente leves, se comparada com os esforços

usuais em cominuição, porem suficientes para reduzir materiais razoavelmente moles e

inconsolidados, tais como argilas, ou para separar grãos unidos entre si por ligações




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brandas, geradas, por exemplo, na cimentação natural ocorrida com certos minérios ou na

precipitação de sais.

A escrubagem e normalmente realizada pela ação de atritar particulas duras e

grosseiras umas nas outras. Normalmente, a operçaão de escrubagem antecede a

operação de lavagem prorpriamente dita, mas em muitos casos ambas as ações são

desenvolvidas simultaneamente.

Os metodos e equipamentos a serem empregados dependem, fundamentalmente ,

do tipo de material, do tamanho de partículas e dos resultados pretendidos. Por exemplo,

o tratamento de partículas minerais grosseiras, contaminadas com argila, será muito mais

difícil quanto mais plástica e impermeável for a argila a ser desintegrada e removida. Por

outro lado, o tratamento de cascalhos contendo partículas roladas e lisas, levemente

cimentadas por argilas, pode ser realizado com relativa facilidade, por exemplo, sobre

peneiras vibratórias submetidas a fortes jatos de água.

As principais características do scrubber são as dimensões do cilindro (diâmetro e

comprimento) e a potência instalada, que é função de suas dimensões e variáveis

operacionais. As variáveis operacionais são o volume útil, geralmente expresso em

porcentagem do volume da câmara de escrubagem, a velocidade de rotação, tempo de

residência da polpa, altura das aletas de revolvimento e concentração de sólidos da polpa

alimentada. Se essas variáveis operacionais não forem respeitadas e determinadas em

função da performance operacional do minério em questão, a qualidade final do produto

obtido estará comprometido.

Em função da revisão conceitual apresentada é de suma importância que o scrubber

esteja dimensionado respeitando as seguintes variáveis de operação:

1. Concentração de sólidos na polpa: A relação entre massa de sólidos e a massa

de polpa é uma importante variável no processo de escrubagem. Assim como namoagem, a quantidade de água adicionada no minério no processo de escrubagem, afeta

não só a velocidade com que as partículas passam por dentro do scrubber , mas também

a viscosidade e a densidade de polpa e em conseqüência a ação mecânica da

desagregação entre partículas. Polpas excessivamente diluídas diminuem o tempo de




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residência das partículas na câmara do scrubber e, consequentemente, reduzem a

probabilidade das partículas serem desagregadas. A polpa excessivamente adensada

acaba por apresentar alta viscosidade, prejudicando o movimento rotativo das partículas,

chegando a impedir o rolamento da carga. Por isso uma concentração adequada de

sólidos é de fundamental importância para uma escrubagem eficiente.

2. Tempo de residência na câmara de escrubagem : É o tempo necessário para

que o minério tenha a desagregação adequada, bem como promova a eliminação de

arestas e pontos de fraqueza em relação à clivagem do minério. A escrubagem com o

tempo de residência adequado reduz sensivelmente o índice de geração de finos durante

o manuseio e transporte do minério (a geração de finos no minério é medido pela

determinação do índice de tamboramento e é uma variável medida pela siderurgia. Alto

índice de tamboramento é fator de reprovação de qualidade do lump).

3. Volume út il ocupado pela polpa: É determinado através do grau de enchimento

desejado no processo. O grau de enchimento é definido como sendo uma porcentagem

do volume interno do cilindro do scrubber . Para delimitar o volume útil, fundamental para o

cálculo do tempo de residência, usa-se um anel interno de aço na extremidade de saída

do equipamento com altura ajustável as necessidades de processo.

4. Vazão de polpa de alimentação : Influencia diretamente o tempo de residência

da polpa, ou seja, quanto maior a vazão de polpa de alimentação, menor o tempo de

residência e consequentemente a eficiência da escrubagem.

5. Velocidade de rotação do scrubber : Assim como acontece nos moinhos, a

velocidade de rotação dos scrubbers e geralmente referida como uma porcentagem da

velocidade crítica. A velocidade crítica é definida pelo diâmetro do scrubber de acordo

com a equação:

Onde:




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Vc e a velocidade crítica (rpm)

D e o diâmetro interno (m)

As faixas de velocidade de rotação são caracterizadas pela ação dinâmica da carga

requerida. A velocidade de rotação de scrubbers é geralmente muito menor, se

comparada com as de moinhos, uma vez que a atrição/ abrasão é o mecanismo normal

da escrubagem. Para se ter uma idéia os moinhos operam na faixa de 70% a 75% da

velocidade crítica, enquanto nos scrubbers tendem a trabalhar na faixa de 30% a 65%

(MILLER, 2004).

6. Altura das aletas de revolvimento do minério : O perfil do revestimento interno

afeta fortemente a trajetória das partículas. As aletas servem para elevar as partículas e,

portanto, adquirem uma maior energia potencial. Internamente, o scrubber e revestido deaço ou placas de borracha com aletas levantadoras (lifters) com ate mais de 200 mm de

altura em aço, ou de borracha em torno de 100 a 150 mm). Há uma tendência de

paronização para o uso de borracha no revestimento e barras levantadoras, devido a

menor geração de ruído, maior vida útil e manutenção mais simples (W&W3D, 2008).

É mostrado a seguir as especificações técnicas dos scrubbers mais utilizados no

processo de escrubagem:

Tabela I – Dados técnicos scrubber




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É mostrado a seguir as dimensões do scrubber LT 1528 utilizado nas plantas de

lavagem da MCR.

Tabela II – Dimensional scrubber LT 1528 da MCR

Em função das dimensões acima o volume útil do scrubber é de 0,88 m3 com

grau de enchimento de 18%. O tempo de residência para o scrubber LT 1528

trabalhando-se com 55% a 65% de sólidos será de 34s a 46s para uma taxa

máxima de 90 t/h conforme dados do fornecedor do equipamento. Para efeito de

análise e interpretação de processos i remos adotar a % de sóli dos em 55%.

A planta de lavagem da MCR e composta por:

2 scrubbers na PL 01 em paralelo;

1 scrubber na PL 03; 3 scrubbers em paralelo na PL 02;

O modelo utilizado na planta de lavagem da MCR e o LT – 1528 (1500 mm por 2800

mm). E mostrado a seguir as condições reais de operação dos scrubbers na MCR:




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Tabela III – Tabela comparativa dados operacionais projeto x realizado na PL MCR

Observando a tabela acima e analisando o tempo de residência de especificação

podemos concluir de forma unitária que a PL 01 e PL 03 estão trabalhando 127% abaixo

do tempo de residência necessário, ou seja, o tempo necessário seria de 34s e

atualmente opera com 15s para uma taxa média de alimentação de 600 t/h. A PL 02 está

trabalhando 89% abaixo do tempo de residência necessário, ou seja, o tempo necessário

seria de 34s e atualmente opera com 18s para uma taxa média de alimentação de 495 t/h.Porem analisando o sistema de forma completa podemos concluir que somando-se os

tempos de residência da PL 01, PL 03 e PL 02 temos um tempo total de residência de 33s

contra 34s recomendado pelo fabricante.

Analisando de forma ampla esses cenários podemos concluir que para a variável

tempo de residência global precisamos de 2 plantas de lavagem em série para manter o

tempo de residência mínimo especificado pelo fornecedor (33s somando as 2 plantas

contra 34s indicado pelo fornecedor). Para essa variável em questão ao se trabalhar com2 plantas em série e para manter o tempo de residência mínimo pedido pelo fornecedor

utilizamos praticamente o dobro de água e energia elétrica, reduzimos pela metade o

tempo de residência nos classificadores espirais e espessador de lamas e maior consumo




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de floculante devido a baixa % de sólidos presente na lama, sendo necessário uma maior

dosagem desse reagente para melhor interação partícula-floculante.

Outro fator muito importante na eficiência e eficácia do processo de escrubagem e a

velocidade crítica de trabalho. Calculando-se a velocidade crítica dos scrubbers existêntes

na PL chegamos a 34 rpm. Porem conforme recomendado pelo fabricante e pelo

processo de escrubagem a velocidade crítica deve estar entre 30% a 65%, onde a

velocidade máxima crítica de trabalho seria 22 rpm (65% de Vc). Atualmente os scrubbers

da PL MCR trabalham com praticamente 100% de Vc (34 rpm).

Quais as consequencias de se trabalhar com a velocidade crítica em 100%?

Quando o scrubber trabalha com velocidade crítica em 100% perdemos o efeito

cascata e catarata, bem como ocorre a centrifugação da carga. A função do efeito cascataé promover o alcance da carga a uma certa altura e posteriormente que essas rolem

sobre as outras havendo a limpeza das partículas por abrasão e atrito. Nesse regime a

ocorre a limpeza das particulas.

Figura I – Efeito cascata dentro do scrubber

A função do efeito catarata e promover a elevação da carga até uma certa altura

onde a mesma cai sobre as demais eliminando as arestas das partículas e/ou reduzindoos pontos de menor fraqueza em relação a sua clivagem. Nesse regime ocorre a geração

de sinter feed devido a degradação.




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Figura II – Efeito catarata dentro do scrubber

Para um regime adequado de escrubagem recomenda-se que o scrubber trabalhe

em equilibrio nos regimes cascata e catarata. Porem quando há centrifugação da carga

devido a operação em 100% da velocidade crítica, além de acelerar o processo dedesgaste dos componentes (acionamento, transmissão, pneus, pista de rolamento, etc) o

scrubber trabalha em “balanço”, ou seja, quando a carga se desprende do topo do

scrubber , ele promove o balanço vai e vem do equipamento. Outros fatos operacionais

inadequados podem ser observados nos scrubbers da planta de lavagem MCR como

descarga por calha coletora e não por overflow, ausência de aletas inclinadas que

possibilitem o transporte para a descarga do equipamento, etc.

É mostrado a seguir fotos das condições ideais de operação doscrubber

Descarga por overflow




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4. Peneira

Atualmente a PL 01 possui uma peneira modelo 5020, a PL 03 uma peneira modelo

4015 e na PL 02 3 peneiras modelo 4015. A análise operacional e de processos aplicada

para essas peneiras já e baseada na nova configuração de tela que será instalada na

próxima parada relevante a ser realizada em 2013, sendo:

Tabela IV – Aberturas telas planta lavagem MCR após parada relevante 2013

Em função da área de peneiramento disponível por deck (m2) em cada peneira e a

velocidade de peneiramento de cada uma chegamos a seguinte relação mostrada a

seguir:

Aletas de revolvimento e transporte da carga




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Tabela V – Modelamento operacional peneira PL 01

Tabela VI – Modelamento operacional peneira PL 03

Tabela VII – Modelamento operacional peneira PL 02




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Baseado nas tabelas V a VII cocluímos que podemos alimentar as peneiras da PL

01 mais PL 03 com 679 t/h (416 t/h na PL 01 e 262 t/h na PL 03) e nas peneiras da PL 02

podemos alimentar um total de 750 t/h (250 t/h por peneira). Foram considerados para a

capacidade de peneiramento a % de área livre nas telas e eficiencia de peneiramento.

Observação:

As taxas de projeto e operacional citadas acima não tem relação direta com a

capacidade dos scrubbers, ou seja, apesar das peneiras possibilitarem uma taxa de

alimentação de 679 t/h, os scrubbers não tem essa capacidade conforme demonstrado

anteriormente.

5. Conclusão

Baseado na análise técnica e operacional e revisão de literaturas pertinentes ao

processo de escrubagem podemos concluir que a concentração de sólidos na polpa,

tempo de residência na câmara de escrubagem, volume útil ocupado pela polpa, vazão de

polpa de alimentação, velocidade de rotação do scrubber e a altura das aletas de

revolvimento do minério influenciam de forma direta na qualidade do produto escrubado

em especial a vazão de polpa que determina o tempo de residencia do processo e a

velocidade crítica de rotação do scrubber .

A influência do tempo de residência interfere diretamente na limpeza da superficie

da partícula e a velocidade influencia nos regimes cascata e catarata, onde o minério não

sofre as interações da força de atrição e impacto necessárias para a degradação das

partículas em sentido às zonas de fraqueza em funçao de sua clivagem. Um material mal

escrubado gera grande quantidade de finos em seu manuseio e transporte e não

apresenta grande eficiência de limpeza das mesmas.

Atualmente os scrubbers da planta de lavagem da MCR trabalham muito acima da

capacidade de projeto no que se refere a taxa de alimentação, apesar dos mesmos terem

sido repotenciados para a admissão dessa massa. A grosso modo podemos dizer que os

scrubbers atualmente trabalham como “caixa de passagem” e não realiza a operação




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para o qual e concebido. Aumentar a capacidade desses equipamentos até é possivel do

ponto de vista mecânico, porém uma catastrofe do ponto de vista de Processos. Como a

qualidade é uma característica essencial ao nosso produto, o ideal e que o esses

equipamentos trabalhem dentro da margem operacional concebida em projeto.

Atualmente gasta-se muita água nas plantas de lavagem devido a mesma estar

trabalhando acima da capacidade de projeto, sendo necessário 2 plantas em série para o

alcance da qualidade de produto final, ocasionado quebras frequentes desses

equipamentos e perda de disponibilidade fisica e utilização.

Conceitualmente sugere-se que seja estudado rotas alternativas mais adequadas

para o processo de lavagem industrial como realizar peneiramento a úmido da

alimentação da planta de lavagem e posterior alimentação do scrubber com o oversize

gerado. Nessa rota operacional promove-se uma maior interação entre as partículas e a

redução da formação de “colchão de amortecimento” formado dentro dos scrubbers em

função dos finos presentes.

Sugere-se tambem que seja realizado um trabalho de pesquisa referente a condição

ideal do tempo de escrubagem varrendo tadas as variáveis que influênciam nesse

processo e em função da tipologia da jazida. Esse trabalho pode ser realizado em escala

de laboratório através de estudo fatorial.

Apesar das peneiras da PL 01 e PL 03 apresentarem uma capacidade global de 679

t/h, os scrubbers não tem condições de absorver maior taxa, ou melhor, desde que seja

repotenciados, porem com perda de qualidade.

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