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Procesamiento de minerales I

Separação por meio denso

Maria Luiza Souza

Montevideo – Porto Alegre 12-16 Agosto 2013

UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAYUFRGS - DEMIN - BRASIL

Capítulo 11 – Separação por meio denso


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Introdução

É considerado o método gravimétrico de maior precisão de corte e por essa razão tem ampla utilização.

O princípio é usar um meio de separação (líquido ou suspensão) de densidade conhecida e controlada, que seja intermediária com relação à densidade dos minerais que serão separados. A faixa granulométrica usual para a aplicação do processo está entre 0,5 mm e 300 mm, dependendo do equipamento de separação que será utilizado.

O mineral mais leve flutua e o mais pesado afunda, produzindo dois produtos. O princípio está ilustrado ao lado esquerdo.

- Flutuado é a corrente com os sólidos leves, com peso específico (s) menor que o peso específico do meio de separação (m) .

- Afundado é a corrente com os sólidos pesados, com peso específico (s) maior que o peso específico do meio de separação (m).

Meio densom= 2,8

Alimentação

Flutuado:minerais

com s<2,8 Afundado:minerais

com s>2,8



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Tipo de meio denso usado na separação

- líquidos orgânicos

- soluções salinas

- suspensão de sólidos de alta densidade

- meios densos autógenos

Líquidos orgânicos e soluções salinas são usados em laboratório. Seu uso principal é na caracterização (análise ou fracionamento) densimétrica.

Suspensão de sólidos de alta densidade são muito usadas na indústria.

Meio denso autógeno: é o meio criado no interior dos ciclones autógenos, onde ocorre acúmulo de material dentro do equipamento a ponto de gerar um meio denso (o projeto do equipamento é projetado para dificultar a descarga do underflow). Usado para separar carvão fino de pirita e na concentração de ouro.



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Alguns líquidos orgânicos usados em laboratório

Nome Densidade Vantagens Desvantagens

Di-iodometano 3,31 Secam rápido.São líquidos homogêneos.Por diluição comsolventes adequados cobrem amplo intervalo de densidades. Não reagem com o sólido.

Muito Tóxicos. Odor é desagradável. Máscara respiratória para operador e sistema de extração de vapor são mandatórios. São caros.

Tetrabromoetano 2,96

Bromofórmio 2,89

Tetracloreto de carbono (solvente)

1,58



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Soluções de sais inorgânicos para uso em laboratório

Produto Densidade Vantagens Desvantagens

Brometo de zinco 2,3 Muito mais baratas que líquidos orgânicos. Formam soluções homogêneas de baixa toxidade e de mais fácil manipulação.

Prejudicial ao contacto com a pele. Corrosivas. Reagem com carvão: podem lixiviar algum componente e/ou ter efeito desengordurante. Deve-se cuidar a viscosidade da solução.

Cloreto de zinco 1,9

Cloreto de césio 1,8

Cloreto de sódio 1,2



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Suspensões de sólidos de alta densidade para uso na indústria

Produto Densidade Vantagens Desvantagens

Ferrossilício (15% Si)

3,8 São os meios usados na indústria. São baratos e podem ser usadas em laboratórios para partículas maiores que 10 mm.

Trata-se de partículas sólidas finas (mas pesadas) suspensas em água, portanto a suspensão requer constante agitação para sua estabilidade.

Galena 3,3

Magnetita 2,4

Quartzo (areia) 1,3



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SuspensõesOs meios densos artificiais, constituídos de uma suspensão aquosa de partículas muito finas de elevada densidade, são os mais usados industrialmente.

O intervalo para separação varia entre 1,35 g/cm3 até 3,7 g/cm3 e em todo o intervalo de densidade é preciso manter a suspensão estável. Ainda, é preciso encontrar um ponto de equilíbrio entre a densidade da suspensão, sua concentração volumétrica e sua distribuição granulométrica (D.G.). A razão disto é que a suspensão deve apresentar uma viscosidade que não prejudique a separação. Para cada um dos sólidos mostrados no slide anterior, existe o que chamamos de concentração volumétrica crítica, até a qual a suspensão apresenta um escoamento livre e se comporta como um líquido newtoniano. Acima desta concentração crítica, a viscosidade aumenta rapidamente com o aumento da percentagem de sólidos, até cerca de 45% de sólidos em volume e a suspensão se comporta como um fluído de Bingham. Concentrações acima de 45% impossibilitam a separação.

O tamanho das partículas exerce influência acentuada na relação entre a viscosidade da suspensão e a sua densidade. Para uma dada densidade, quanto maior o tamanho de partícula menor será a viscosidade da suspensão. Por outro lado, a estabilidade da suspensão está relacionada tanto ao conteúdo dos sólidos como ao seu formato e à sua distribuição de tamanhos. Quanto mais finas as partículas que compõem a suspensão, mais estável esta será. E, ainda, mais fino o mineral que poderá ser separado. A viscosidade do meio denso é afetada pela presença de finos (ou lamas) do mineral. Por esta razão finos devem ser “cortados” da alimentação de um meio denso. Para carvão, o tamanho mínimo, na corrente de alimentação a um meio denso, é de cerca de 32# Tyler (0,5 mm).



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SuspensõesAlém da alta densidade, os sólidos que compõem um meio denso devem apresentar as seguintes propriedades.

- Dureza adequada, pois não devem ter tendência a formar lamas (finos), pois isto aumentaria a viscosidade do meio. Mas também não podem ter uma dureza muito alta pois isto provocaria um desgaste excessivo nos equipamentos. - O meio deve ser facilmente removível, por lavagem, da superfície dos minerais que serão beneficiados; não deve ser corrosivo e não pode reagir quimicamente com os minerais.

- é aconselhável a utilização de materiais com grãos arredondados, visto que os grãos angulosos diminuem a fluidez do meio e se degradam com mais facilidade.

- O meio deve ser fácil descontaminação e recuperação.

Inicialmente usou-se galena pura como meio denso, pois pode formar um meio denso com densidade próxima de 4,0. Acima deste nível a viscosidade do meio torna-se muito alta, o que dificulta a separação. A flotação, que é um processo caro, era o meio usado para descontaminar e regenerar o meio contaminado. Mas a maior desvantagem é que a galena é relativamente macia e ainda apresenta a tendência a sofrer oxidação, o que diminui bastante a eficiência da flotação.



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Suspensões

Atualmente, o ferrossilício é o material mais empregado para meios densos usados na separação de minerais metálicos, devido a alta densidade possível de ser obtida. O material é uma liga de ferro e silício com pequena quantidade de carbono, com peso específico entre 6,7 e 6,9 g/cm3. É indicado para meios com densidade de separação entre 2,5 e 4,0 g/cm3. Há dois tipos de ferrossilício: o moído e o atomizado. O ferrossilício moído é mais barato, mas tem partículas irregulares e com distribuição de tamanho variável. Usado para separações entre 2,7 e 2,9 g/cm3. O material atomizado tem partículas esféricas e distribuição granulométrica mais controlada, levando a um melhor comportamento hidráulico das partículas quando em suspensão. Usado para separações entre 2,9 e 3,6 g/cm3. Exemplos: diamante e mineral de manganês.

A magnetita, com peso específico entre 5,0 e 5,5 g/cm3, é o meio denso mais usado no beneficiamento de carvão e a quantidade mínima de magnetita é de 4 a 5 t por tonelada de carvão alimentada. O meio denso obtido atinge densidade máxima de 1,85 g/cm3.

Tanto o ferrossilício quanto a magnetita são recuperados por separação magnética.



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EquipamentosA separação em meio denso é dividida em dois métodos básicos de separação: o "estático" e o dinâmico.

A separação "estática" é feita em suspensões onde atuam somente forças gravitacionais, o que não implica que os equipamentos usados não possuam partes móveis, o necessário para prover a estabilidade do meio denso.

A separação dinâmica é caracterizada pelo uso de separadores que empregam forças centrífugas, cerca de 20 vezes, ou mais, que a força da gravidade atuante na separação estática, que são os chamados separadores centrífugos. Na verdade, os equipamentos de separação em meio denso têm de prover duas funções que são independentes:

- manter o meio denso sob agitação constante ou as partículas sólidas decantam.

- remover o flutuado e o afundado da zona de separação, no interior do aparelho.

Ainda é necessário recuperar e reciclar o meio denso.

As mais diferentes soluções encontradas pelos fabricantes, levaram a uma grande variedade de equipamentos, os quais são divididos nos dois tipos principais já citados: os estáticos e os dinâmicos.

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Figura 1- Tambor de meio denso (estático).

Usado para carvão e minérios no intervalo granulométrico entre 300 mm (12") a 6 mm (1/4"). Capacidade de processamento para carvão: até cerca de 1000 stph.

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Figura 2- Ciclones a meio denso (dinâmico).

O funcionamento de um ciclone a meio denso é similar ao de um ciclone de classificação. A geometria é diferente e o tipo mais difundido é o da DSM (com um ângulo interno de 20o).

Usado para carvão e minérios no intervalo granulométrico entre 50 mm (2") a 0,5 mm (28#). Tamanhos desde 350 mm, sendo que os maiores possuem mais de um metro de diâmetro e capacidade aproximada de 250 t/h (para carvão).

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O DWP é usado para tratar carvões e minérios, na faixa de 15 a 0,5 mm. Cerca de 90% do meio denso é alimentada, por bombeamento, na parte lateral e inferior do cilindro; o restante entra junto com a alimentação, para auxiliar a entrada da mesma no equipamento. O cilindro opera inclinado, em relação a horizontal: 25o para minérios e 15o para carvão.

É usado para diamante, bauxita refratária, fluorita, manganês ,etc.

Figura 3- Separador Dynawhirlpool (dinâmico).

90%

10% do meio denso

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É um separador de dois estágios e resulta na obtenção de três produtos: concentrado, misto e rejeito. O misto obtido, dependendo da situação, pode ser cominuído, deslamado e retornar ao mesmo circuito, ou ser tratado separado. No tratamento de minerais metálicos, o segundo estágio de separação funciona como etapa scavenger, aumentando assim a recuperação global no circuito. O segundo produto (concentrado scavenger) pode ser, ainda, rebritado e, após deslamagem, retornar também ao circuito.

Figura 4- Separador Tri-Flo (dinâmico).

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Figura 5- Esquema de funcionamento do ciclone autógeno.

O ciclone autógeno, (water only cyclone) – mostrado abaixo em azul - foi projetado para minimizar o efeito do tamanho e maximizar a influência da densidade das partículas. Comparado com o ciclone classificador (abaixo no canto direito), o autógeno apresenta a porção cônica mais curta (o ângulo de cone no ciclone classificador é de 12o a 20o, no ciclone autógeno é de 60o e no ciclone de fundo chato é de 0o). Esta diminuição do ângulo dificulta a descarga das partículas que rumam para o underflow. Estas partículas são pesadas demais para serem arrastadas pelo vórtice ascendente e se acumulam dentro do ciclone. Acabam por construir um “manto” de densidade elevada que permanece no interior do ciclone. A classificação por tamanho é minimizada, e apenas partículas muito pesadas poderão atravessar essa zona de elevada densidade e sair pelo underflow. Deste modo a separação deixa de ser por tamanhos e se torna densitária.

Ciclone autógeno

Ciclone classificador

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Operações Auxiliares na separação por meio denso

Diferente da maioria das operações de concentração, a separação em meio denso envolve mais de um processo unitário e várias operações são necessárias para o sistema operar de forma econômica e eficiente.

1. Preparação da alimentação.

2. Alimentação do mineral e do meio.

3. Separação dos leves dos pesados, isto é, a separação em meio denso propriamente dita.

4. Recuperação dos produtos: o afundado (pesado) e o flutuado (leve).

5. Recuperação do meio denso.

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Comentários

A alimentação deve ser peneirada para a remoção de finos e lamas antes de alimentar o separador. A eliminação de finos e lamas é condição sine qua non para a operação ocorrer de forma eficiente.

A alimentação deve ser molhada de modo cuidadoso para evitar que bolhas de ar aderidas a alguma partícula alterem a sua densidade. Em seguida, é adicionado uma parte do meio denso para ambientar o mineral a separar com o meio denso que efetuará a separação.

Após a separação, os dois produtos (flutuado e afundado) saem recobertos com água e partículas do meio denso. É necessário desaguar os produtos e recuperar o sólido pesado que forma o meio denso. As razões destes procedimentos são: o sólido é caro e deve ser recuperado para uso posterior, além disso ele é um contaminante que prejudica a qualidade do concentrado se não for removido de modo adequado.

Quando o meio é formado por ferrossilício ou magnetita - ambos são magnéticos – o desaguamento ocorre em separadores magnéticos de tambor. Esta operação é chamada de regeneração do meio denso, pois, além de adensar o meio, elimina lamas, finos de mineral e partículas finas resultantes de corrosão ou de degradação de tamanho do meio denso. Quando se usa galena, esta é recuperada por flotação e quando se usa outros meios - não magnéticos – utilizam-se espessadores, cones desaguadores, classificadores, etc.

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Figura 6- Esquema típico de um circuito de meio denso.

Esta figura mostra a configuração típica de um circuito com meio denso magnético (magnetita ou ferrossilício).

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