UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAISESCOLA DE ENGENHARIA

Britadores EQM062 OPERAES UNITRIAS E PROCESSOS PARA ENGENHARIA AMBIENTAL

Luiza Nunes Rocha - 2010073163Julia Bonome Vianna - 2010021139

Belo Horizonte, 24 de outubro de 20141. IntroduoA busca por processos mais eficientes uma constante nos setores produtivos, em especial na indstria do minrio. A otimizao dos processos de fragmentao, do ponto de vista da produtividade, custos de investimento e operao, um dos temas mais discutidos na indstria de minerao. Alm disso, os circuitos de cominuio so os maiores consumidores de energia das plantas de processamento. Existem duas grandes reas de cominuio, a saber, a britagem e a moagem. As etapas de britagem e moagem so responsveis pela reduo granulomtrica e adequao do tamanho de partcula aos processos de classificao e concentrao subsequentes. Entre os inmeros fatores que influenciam a escolha e, consequentemente, o desempenho dos equipamentos utilizados na britagem e moagem, encontram-se as caractersticas fsicas das matrias-primas minerais, como a dureza, a abrasividade e a coesividade (Varela, 2011).As operaes de cominuio compreendem diversos estgios que se aplicam ao minrio, desde a mina, at sua adequao ao processo industrial subsequente. Na etapa de lavra, o desmonte do minrio ou rocha, com o auxlio de explosivo pode ser visto como um primeiro estgio de fragmentao, onde so produzidos blocos volumosos, mas de um tamanho que permite alimentar os equipamentos de britagem. A britagem a operao que fragmenta os blocos obtidos na lavra, podendo ser repetida diversas vezes por diferentes tipos de equipamentos, at se obter um material adequado alimentao da moagem. A moagem a operao de fragmentao fina obtendo-se nela um produto adequado concentrao ou a qualquer outro processo industrial, como a pelotizao, lixiviao e combusto (Figueira, 2004).

2. Britadores

Os britadores so equipamentos usados para a reduo grosseira de grandes quantidades de slidos, levando-os a granulometria compatvel para utilizao direta ou para processamento posterior. O processo de triturao envolve energia mecnica de carter compressivo, de impacto ou de cisalhamento.2.1. Choque ou impactoA fratura ocorre quando foras so aplicadas de forma rpida e em intensidade muitosuperior resistncia das partculas. Resulta deste tipo de quebra um grande nmero de partculas em uma vasta faixa granulomtrica. Este o mecanismo mais eficiente em termos de utilizao da energia, mas, normalmente sua aplicao mais restrita aos materiais menos abrasivos (Valado, 2007).2.2. Compresso ou esmagamentoA quebra ocorre quando foras de compresso, de baixa intensidade, so aplicadas demaneira lenta e progressiva, permitindo-se que, com o aparecimento da fratura, o esforo seja aliviado. Resulta deste mecanismo um nmero reduzido de fragmentos homogneos de tamanho intermedirio. o mecanismo mais comum, desde blocos da ordem de metros at partculas micromtricas.

2.3. Abraso por cisalhamento

As foras aplicadas so insuficientes para provocar fraturas ao longo de toda a partcula (Valado, 2007). Prevalece uma concentrao de esforos (tenso localizada) na rea perifrica, principalmente na superfcie de contato das partculas, que provoca o aparecimento de pequenas fraturas. Resulta deste tipo de quebra uma distribuio granulomtrica onde partculas muito pequenas convivem com partculas de tamanho prximo ao original as quais vo tendo seus dimetros reduzidos gradativamente com o tempo.A Figura 1 mostra qualitativamente os mecanismos de fragmentao de partculas juntamente e a distribuio granulomtrica dos produtos.

Figura 1. Distribuio granulomtrica das partculas de acordo com o mecanismo de fragmentao utilizado (Galery, 2011).A escolha de um britador deve atender a uma srie de exigncias, apresentadas a seguir.

2.4. Distribuio granulomtrica da alimentao

A distribuio granulomtrica da alimentao importante na escolha do tipo de instalao. Assim, por exemplo, o contedo de finos na alimentao define a convenincia ou no de um escalpe (descarte dos finos de minrio) prvio da alimentao do britador. Entre outros, os fatores econmicos e opracionais definem a extenso do escalpe, todavia como regra geral, tomase como base o limite mximo 30% de finos na alimentao. A presena de blocos de grandes dimenses, por outro lado, prejudica muito a capacidade de britadores de rolos e aumenta muito o desgaste em britadores de impacto, especialmente quando esses equipamentos operam como britadores primrios.

2.5. Contedo de argila e umidadeOs minrios que apresentam um alto contedo de argila e elevada umidade, impossibilitam praticamente a britagem em granulometria de 20 25 cm, pois dificultam o peneiramento e a operao de alguns tipos de britadores. Britadores giratrios, cnicos e de mandbulas so altamente sensveis presena de argila e umidade no minrio.

2.6. Densidade do material

Os britadores so equipamentos que apresentam como constante a capacidade volumtrica de produo. Assim, a capacidade desses equipamentos, expressa em t/h, proporcional densidade do minrio. Como a capacidade nominal referente a material com densidade 2,7 a capacidade real volumtrica para materiais com outras densidades pode ser expressa por:

2.7. Forma das partculas

A forma das partculas importante na definio da boca de entrada dos equipamentos. Para materiais lamelares exige-se uma relao entre a boca de entrada e o tamanho mximo das partculas maior do que a geralmente requerida para minrios no lamelares.

2.8. Corrosividade do minrio

Minrios corrosivos impem condies especiais na escolha dos materiais e equipamentos usados na instalao.

Existem trs tipos de britagem, a saber: britagem primria, secundria e terciria. Na britagem primria, os britadores empregados so os de grande porte e sempre operam em circuito aberto e sem o descarte (escalpe) da frao fina contida na alimentao. A britagem primria realizada a seco e tem uma razo de reduo em torno de 8:1. Entende-se por britagem secundria, de forma geral, todas as geraes de britagem subsequentes primria, ela tem como objetivo a reduo granulomtrica do material para a moagem. comum na britagem secundria o descarte prvio da frao fina na alimentao, com a finalidade de aumentar a capacidade de produo. Na britagem terciria, a razo de reduo cai de 4:1 ou 6:1, e os equipamentos exigem um maior controle operacional.A Tabela 1 abaixo apresenta a classificao dos estgios de britagem, bem como os tipos de britadores mais utilizados para cada um deles.

Tabela 1. Classificao dos estgios de britagemEstgio de britagemTipo de equipamentoTamanho mximo de alimentao (mm)

PrimriaBritador de mandbulas, britador giratrio, britador de impacto1000

SecundriaBritador giratrio, britador de mandbulas, britador cnico100

TerciriaBritador cnico10

A capacidade do britador dada por:

Onde:

Qt a capacidade de tabela fornecida pelo fabricante C1 o fator relativo densidade do material:

Tabela 2. Fator C1t/m1,21,31,41,51,61,71,81,92,02,12,22,32,4

Fator C10,750,810,880,941,001,061,131,191,251,311,381,441,50

C2 o fator relativo ao Work Index:

Tabela 3. Fator Work IndexWi1012141822

C21,151,101,000,900,80

C3 o fator do tamanho mximo da alimentao, funo do percentual entre o tamanho mximo da alimentao e a abertura de entrada do britador.

Figura 2 Fator do tamanho mximo de alimentao C4 o fator de umidade, relacionado com a abertura de sada do britador e umidade do material

Figura 3. Fator de umidade para os britadores de mandbula e giratrio

3. Tipos de britadoresOs britadores podem ser primrios (grosseiros) ou secundrios (trituradores), de acordo com as caractersticas apresentadas na Tabela 4. Nela observa-se tambm a diferenciao entre britadores e moinhos, a partir do tamanho da alimentao e do produto obtido por cada equipamento.

Tabela 4 - Classificao de britadores e moinhos

Os principais tipos de britador esto descritos a seguir.

3.1. Britador de mandbulasEsse tipo de britador primrio e apresenta como parte mais importante duas mandibulas, uma fixa e a outra movel. A reduo do tamanho das partculas introduzidas pela alimentao em britadores de mandbula realizada por compresso do material entre as mandbulas mvel e fixa, fazendo com que no haja movimento rotatrio na triturao (CHAVES & PERES, 2009). A mandibula movel tambem chamada queixo e bascula em torno de um eixo. A outra extremidade da mandibula e movimentada por meio de chapas articuladas e numa biela (pea de uma mquina que serve para transmitir ou transformar o movimento retilneo alternativo em circular contnuo) presa a um excentrico existente no cubo da polia. A medida que a polia motora gira, o excentrico provoca um movimento de sobe-e-desce da biela, gerando um movimento horizontal da mandibula movel. As articulacoes entre as placas e a mandibula sao mantidas por meio de um tirante que pressiona uma mola quando a mandibula movel se aproxima da fixa. A velocidade de operacao e baixa e varia de 100 a 400 rpm. O material torna-se progressivamente menor, gerando pedaos suficientemente pequenos para cair pela parte inferior da mquina. O tamanho final dos fragmentos depende do ajuste do britador e da adequao dos dentes selecionados para as mandbulas. Apesar de suas vantagens, o material produzido por esse tipo de britador no possui grande uniformidade.Dentre as vantagens do britador de mandbulas destacam-se a alta eficiencia mecnica (95% da potncia do motor e utilizada para trituracao e 5% para movimentacao da mandibula), baixo custo, alta capacidade, alta confiabilidade operacional alm de longo tempo operacional e durabilidade. Alm disso, o equipamento possui baixo consumo de energia, poucos requerimentos de manuteno e fcil reposio de partes desgastadas. O britador de mandbula possui ampla variedade de aplicaes e utilizado no britamento primario de materiais duros (vidro, calcrio, pedras brutas de construo) e abrasivos. Alm disso, tambm utilizado em indstrias de ferro e ao, jazidas, minas e processos de reciclagem.

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Figura 4 Esquema de britador de mandbula

Figura 5 - Britador de mandbula

3.2. Britador Giratorio O britador giratrio pode ser considerado um britador de mandbulas circulares, porem de acao de reducao continua. E constituido de pilo cnico e uma cuba cnica maior, o almofariz. O princpio de funcionamento do britador giratrio consta do movimento de aproximao e distanciamento do cone central em relao ao almofariz. Este movimento circular (85 a 150 rpm) faz com que toda a rea da carcaa seja utilizada na britagem, fornecendo ao britador uma grande capacidade de operao. Assim, em operacao a cabeca de britamento gira em torno de seu proprio eixo a fim de reduzir o desgaste por atrito. O movimento de vai-e-vem do britador de mandibulas e substituido nestas maquinas por um movimento de rotacao, que reduz a vibracao. As tensoes sao mais uniformes do que no britador de mandibulas, o consumo de potencia maior porm menos variavel e a capacidade por unidade de area de descarga e maior. O produto e relativamente mais fino e uniforme. Os custos de instalacao e manutencao superam os de um britador de mandibula, de modo que a decisao em cada caso depende de um estudo economico. De um modo geral, o britador giratorio e mais indicado para instalacoes de britamento primario de larga escala, muito embora existam tambem britadores giratorios secundarios.O equipamento vantajoso no sentido de suportar grandes vazes de alimentao, alta capacidade de trabalho e razo de reduo na triturao secundria, baixos custos de operao e manuteno alm de longa durabilidade, baixa reposio de peas e pequena necessidade de reparos.O britador giratrio muito utilizado no britamento primario de materiais abrasivos e materiais de mdia a relativamente alta dureza, usado em minas pedreiras e processos de trituracao de rochas duras (empreendimentos de larga escala).

Figura 6 - Britador giratrio

Figura 7 - Esquema do movimento do britador giratrio (FIGUEIRA et al, 2004).

3.3. Britador de Impacto ou Martelos Esse tipo de britador usado em britagem primria, na qual a fragmentao feita por impacto ao invs de compresso. So caracterizados por desgaste elevado de suas peas, por isto esto limitados a materiais no abrasivos e frgeis. Um rotor gira em alta velocidade no interior de uma carcaca. Por meio do movimento das barras (500 at 3.000 rpm), parte da energia cintica transferida para o material, projetando-o sobre as placas fixas de impacto onde ocorre a fragmentao (FIGUEIRA et al, 2004).A carcaa projetada especialmente de forma a fragmentar as partculas impactadas contra a mesma. A descarga livre e a cmara grande, para permitir a movimentao das partculas e passagem de blocos de grandes dimenses. Em alguns modelos a posio das barras ou martelos de impacto pode ser ajustada horizontalmente, de forma a regular a granulometria do produto (WEIAND et al, 2010). O produto sai pelo fundo, onde ha barras que formam uma grelha. Nos modelos menores as barras sao substituidas por uma placa metalica perfurada. Um ponto positivo desse tipo de equipamento que os martelos danificados ou desgastados podem ser substituidos com facilidade. Dentre as aplicaes destacam-se o uso do equipamento para materiais fibrosos, como milho, soja e cafe, pois uma parte da acao de fragmentacao e por corte. Os maiores servem para trabalho pesado, como o britamento de carvao, calcario, barita, cal, xisto e osso em pedacos ate 20 a 50 cm.

Figura 8 - Britador de Impacto (FIGUEIRA et al, 2004).

3.4. Britador de barras ou gaiola Quanto ao funcionamento, o britador de barras semelhante o giratorio e o martelo, sendo utilizado principalmente como desintegrador de materiais sem muita resistencia mecanica e que podem ser umidos e pegajosos para serem britados em outros tipos de maquinas.Os rotores sao verticais e os pinos sao substituidos por barras de aco com ligas especiais. Cada rotor forma uma especie de gaiola circular, podendo haver varias gaiolas concentricas (num maximo de 8) girando em sentidos contrarios. O solido e alimentado pela parte superior e atravessa as gaiolas que giram em alta velocidade. A fratura do material ocorre por impactos multiplos com as barras.Os britadores de barras ou gaiola so muito utilizados em processos para materiais como carvao, calcario, fertilizantes e materiais fibrosos.

Figura 9 - Britador de gaiolas Figura 10 - Britador de gaiolas

3.5. Britador de rolosEsse tipo de britador foi inventado na Inglaterra em 1806, mas se tornou popular em 1905, quando comeou a ser usado no tratamento de minrio.Os britadores de rolos podem ser classificados em britador de rolos duplos, qudruplos, de rolo dentado e outros. Dentre as caractersticas incluem-se a operao estvel, de fcil manuteno, baixo custo, tamanho de sada ajustvel. Dessa forma, podem ser utilizados no processamento de materiais frgeis de cimento, metalurgia, qumica, gerao de energia e indstrias do carvo.Os britadores de rolos so de britagem primria ou secundria, e consistem basicamente de um rolo dentado mvel e uma carcaa fixa (ou de pares de rolos lisos). O movimento giratrio do rolo provoca a compresso e cisalhamento do material entre os dentes e a placa fixada cmara, como exemplificado na Figura 11, ou entre os dois rolos lisos (girando em sentido complementar), como ilustra a Figura 12.

Figura 11 - Britador de rolo dentado

Figura 12 - Britador de rolos lisos

O principio operacional ocorre de forma que as matrias-primas caem entre os rolos (ou no rolo, no caso de britador dentado) que podem ser dentados, rugosos ou lisos, depois de triturados e os produtos finais saem por baixo do britador. Quando os materiais so muito duros, o rolo empurrado automaticamente sob o efeito de mola ou de presso hidrulica, o que amplia a distncia entre os rolos de modo a evitar danos mquina. O afastamento entre os dois rolos podem ser ajustadas para alterar o tamanho dos produtos finais.O britador de rolos fabricado numa grande variedade de tamanhos e capaz de produzir pouco material fino quando bem operado. Alm disso, sua construcao e simples e robusta.

3.6. Britador conico O britador cnico possui o mesmo princpio de operao do britador giratrio, porm sua capacidade e menor e, tanto a alimentacao como o produto, sao mais finos. E muitas vezes instalado em lugar de um britador giratorio ou de rolos e realiza, num so estagio, uma reducao de tamanho que com outro tipo de equipamento seria feita em mais estagios. composto por um rotor conico que gira a mais ou menos 500 rpm no interior de uma carcaca revestida internamente com placas apertadas contra o rotor por meio de molas resistentes. Se o britador entupir ou receber pecas inquebraveis, as molas cedem. Contrariamente ao que ocorre no britador giratrio, no cnico, o manto e o cone apresentam longas superfcies paralelas, para garantir um tempo longo de reteno das partculas nessa regio. No britador giratrio a descarga se d pela ao da gravidade, enquanto que no cnico, a descarga condicionada ao movimento do cone. O movimento vertical do cone, para cima e para baixo controla a abertura de sada e para tal utilizam-se dispositivos hidrulicos. Esse movimento est ilustrado pela Figura 13. A alimentacao e feita pela parte superior e o produto sai pela parte lateral inferior.

Figura 13 - Esquema operacional de um britador cnico

Figura 14 - Britador cnico de molas

4. Consideraes FinaisOs quadros abaixo mostram de forma comparativa algumas caractersticas dos britadores citados anteriormente, destacando algumas caractersticas como capacidade, razo de reduo, tamanho do material inicial e final, modo de alimentao, desgaste e custo de operao.

Tabela 5 - Caractersticas numricas dos tipos de britadores

Tabela 6 - Caractersticas descritivas dos tipos de britadoresMandbulasImpactoGiratrio

CapacidademdiaBritadores de impacto apresentam menores capacidadesMaior que os de mandbulas para mesma abertura de sada

Modo de alimentaoExigem alimentadoresExigem alimentadoresDispensa o uso de alimentadores podendo operar afogado e com basculamento direto de caminhes

Grau de reduomenorRazes de reduo muito maiores, o que reduz o nmero de estgios de britagem, podendo, algumas vezes, fazer o trabalho de britagem primria e secundriaMaior que os de mandbulas, para mesma abertura de sada e mesma capacidade. Produto mais fino

Desgaste e custo de manutenomdioElevado custo de manuteno e grande desgaste, sendo desaconselhvel o seu uso para fragmentao de rochas muito abrasivasOperao mais suave, portanto o desgaste e os custos de manuteno so menores do que os de mandbulas

Sensibilidade umidade e ao teor de argilas na alimentaoMais adequado que o giratrio e menos adequado que o britador de impactoAltamente efetivoMais sensvel a umidade e ao teor de argilas que dificultam o movimento do material no interior da cmara

Portanto, possvel concluir que no existe um tipo de britador que seja melhor do que os outros, para utilizar o equipamento corretamente deve-se atentar s caractersticas do material a ser britado como tamanho, propriedades qumicas e fsicas. Alm disso, o volume de material e dimenso do empreendimento devem ser considerados, para que seja feita uma anlise econmica alcanando assim uma otimizao do processo de forma a atingir resultados satisfatrios.

5. Referncias Bibliogrficas

Operaes Unitrias reduo de slidos. Disponvel em: Geronimo. Notas de aula USP. Disponvel em: Formats Construction Machinery Co., Ltd. Disponvel em: FIGUEIRA, H. V. O.; ALMEIDA S. L. M.; LUZ, A. B.; Cominuio; In:Tratamento de Minrios. Rio de Janeiro. Centro de Tecnologia Mineral, 2004.WEIAND, C.; RAFAEL, T.; Separao e Reduo de Slidos. 2010. Disponvel em: . CARVALHO, M. S. Equipamentos de fragmentao: uma reviso avaliando circuitos alternativos para a moagem de finos. Universidade Federal de Minas Gerais. Minas Gerais, 2012.Ministrio da Cincia e Tecnologia- Centro de Tecnologia Mineral. Cominuio. Rio de Janeiro, 2004.