Procesamiento de minerales I Cominuição Maria Luiza Souza Montevideo 5-9 Agosto 2013 1...

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Procesamiento de minerales I

Cominuição

Maria Luiza Souza

Montevideo 5-9 Agosto 2013

UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAYUFRGS - DEMIN - BRASIL

Capítulo 5 – Cominuição


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Figura 1- Planta de processamento de minério de ferro.

Neste capítulo são apresentados:- mecanismos de quebra;- aspectos energéticos;- leis da cominuição.



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- 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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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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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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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 – CominuiçãoMecanismos de fratura

Nos sólidos cristalinos a fratura ocorre segundo superfícies preferenciais denominadas superfícies de clivagem. É necessário apenas que o força aplicada seja suficiente para romper as ligações entre os nós da grade cristalina.

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.


compressão

compressão

tens

ão

tens

ão

Figura 1 – Trinca (ou fratura) resultante do esforço aplicado.

8UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAYUFRGS - DEMIN - BRASIL


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.

Mecanismos de fratura



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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.



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 de Kick ou primária

n = 1

E = K1 log (DF/DP)

Lei de Bond ou intermediária

n = 1,5

E = Wi [(1/DP)0,5-(1/DF) 0,5]



Lei de Rittinger ou secundária

n = 2

E = K2 [(1/DP)-(1/DF)]

Lei geral

đE = - K dD/Dn

Integrando para os três valores de n, temos:



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 moagem-classificação, 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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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. 1

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Figura 6- VisioRock® sistema da Metso.

Mede distribuição de tamanho.

Determina texturas e cores em separado por classe de tamanho.

Discrimina diferentes tipos de minério, etc.



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Livros recomendados:- Mineral Comminution Circuits.- An Introduction to Mineral Balancing and Reconciliation.

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