Meio Denso sim

UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS  –  UFG  UFG REGIONAL CATALÃO ESPECIALIZAÇÃO ESPECIALIZAÇÃO EM TRATAMENTO DE MINÉRIOS

RENATO DE PAULA ARAÚJO

SEPARAÇÃO DE MINERAIS POR MEIO DENSO: UMA REVISÃO DA LITERATURA

CATALÃO 2015

RENATO DE PAULA ARAÚJO

SEPARAÇÃO DE MINERAIS POR MEIO DENSO: UMA REVISÃO DA LITERATURA

Monografia apresentada ao curso de pósgraduação em Tratamento de Minérios da Universidade Federal de Goiás  –   UFG, como requisito parcial para obtenção do título de Especialista em Tratamento de Minérios. Orientador: Prof. Dr. André Carlos Silva

CATALÃO 2015

AGRADECIMENTOS

Ao meu orientador, Prof. André Carlos, amigo de longa data que contribuiu desde o início para o êxito deste trabalho, soube também ajudar-me a crescer espiritualmente e  profissionalmente, pela sua própria conduta de honestidade, responsabilidade e dedicação . Aos meus pais que sempre acreditaram em mim, e com orações e pensamentos  positivos, também contribuíram contribuíram para o êxito êxito deste trabalho. trabalho. A todos os meus colegas, pela convivência sadia e descontraída, que no decorrer desta caminhada contribuíram para o meu crescimento pessoal e profissional, e também ajudaram a tornar mais alegres o meu dia a dia.

RESUMO A separação por meio denso aumentou o ramo de aplicações devido ao empenho na realização de vários estudos realizados até os dias atuais, os quais favoreceram no aprimoramento do uso deste método em situações com mínima diferença de densidade. Apesar do princípio de separação parecer simples, a mesma para ser realizada com eficiência necessita considerar considerar várias propriedades inerentes as partículas e ao meio denso em que será efetuado a separação. Os circuitos de separação em meio denso não sofrem grandes alterações independentemente se o equipamento utilizado para a separação for estático ou dinâmico. Para o controle nas operações se baseia na aplicação de dois tipos distintos de critérios. Com o aumento da concentração de sólidos ocorre o aumento da densidade da suspensão havendo um limite da concentração de sólidos. Alguns fatores  podem interferir na separação por meio denso, de maneira até a impedir que ocorra a separação. Para evitar a perda de material no circuito de recuperação do meio denso é necessário que o limite de escoamento seja atingido. Devido ao seu bom desempenho desempenho este método de separação gravítica é considerado o de melhor precisão de corte, para tal, os meios densos empregados possuem uma enorme importância, tendo o resultado da separação grande influência pela escolha correta do meio denso aplicado.

Palavras-chave: Separação por meio denso. denso. Princípio. Tipos. Propriedades. Propriedades. Controle. Controle. Aplicações. Equipamentos.

ABSTRACT The dense medium separation increased the branch applications due to the engagement in several studies to the present day, which favored the improvement of the use of this method in situations with minimum density difference. Despite the principle of separation seem simple, the same to be performed efficiently need to consider various properties inherent in the particles and the dense medium in which the separation will be made. Separation circuits in dense medium not suffer major changes regardless of whether the equipment used for the separation is static or dynamic. To control the operations is based on the application of two different types of criteria. With the increase in solids concentration is increasing slurry density having a limit of solid concentration. Some factors may interfere with the separation dense medium, so to prevent it from occurring separation. To avoid loss of material in dense medium recovery circuit it is necessary that the flow limit is reached. Due to its good performance this gravity separation method is considered the best cutting accuracy for such employees dense media have enormous importance, and the result of great separation influence the correct choice of dense medium applied.

Keywords: Separation by dense. Principle. Types. Properties. Control. Applications. Equipment.

LISTA DE FIGURAS Figura 1: Princípio de Separação por Meio Denso ....................................................... 14 Figura 2: Circuito típico de separação em meio denso ................................................. 26 Figura 3: Curva de Tromp ou curva de partição do equipamento ................................. 30 Figura 4: Separador de cone tipo WEMCO, com bomba de ar comprimido ................ 35 Figura 5: Separador de tambor de dois compartimentos ............................................... 36 Figura 6: Separador Teska............................................................................................. 37 Figura 7: Vista lateral do separador Drewboy .............................................................. 38 Figura 8: Separador Norwalt ......................................................................................... 39 Figura 9: Ciclone de meio denso................................................................................... 41 Figura 10: Separador Dynawhirlpool ............................................................................ 44 Figura 11: Separador Tri-Flo......................................................................................... 45 Figura 12: Afunda-Flutua............................................................................................. 46

LISTA DE TABELAS Tabela 1: Características dos líquidos orgânicos utilizados na separação de minerais em laboratório....................................................................................................................... 18 Tabela 2: Características granulométricas do ferro-silício atomizado .......................... 22 Tabela 3: Distribuição granulométrica de seis diferentes tipos de ferro-silício moído . 22 Tabela 4: Características químicas e físicas de um ferro-silício ................................... 23

LISTA DE SÍMBOLOS

  - Força resultante gravitacional   - Massa do fluido deslocado   - Massa da partícula  - Aceleração da gravidade   - Força centrífuga resultante  - Raio do hidrociclone  - Velocidade tangencial de entrada da alimentação 2 - Volume de líquido de densidade 2  (mL)  - Volume de líquido de densidade   (mL)   - Densidade da mistura desejada (g/cm³)   - Densidade do líquido 1 (g/cm³) 2  - Densidade do líquido 2 (g/cm³) Å - Angstrom

  - Densidade da suspensão (polpa);   - Densidade do sólido;   - Concentração do sólido na suspensão (%)  - Eficiência orgânica  - Eficiência da separação   - Recuperação metalúrgica do mineral útil   - Recuperação metalúrgica da ganga   - Erro provável de separação   - Densidade de partição   - Imperfeição

SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO ..........................................................................................................10 2 REVISÃO BIBLIOGRAFICA ..................................................................................12 2.1 História ................................................................................................................ 12 2.2 Definição da Separação por Meio Denso .......................................................... 13 2.3 Princípios da Separação por Meio Denso  ......................................................... 14 2.4 Tipos de Meio Denso ........................................................................................... 16 2.4.1 Soluções aquosas de sais inorgânicos  .......................................................... 16 2.4.2 Líquidos orgânicos ....................................................................................... 17 2.4.3 Fluidos paramagnéticos ............................................................................... 20 2.4.4 Suspensões de sólidos em água  .................................................................... 21 2.5 Densidade, Reologia e Propriedades do Meio Denso  ....................................... 23 2.6 Circuitos, controle das operações e aplicações do meio denso  ........................ 25 2.7 Principais Equipamentos ................................................................................... 32 2.7.1 Separador de cone WEMCO  ....................................................................... 34 2.7.2 Separadores de Tambor ............................................................................... 35 2.7.3 Separador Teska . .......................................................................................... 36 2.7.4 Separador Drewboy ..................................................................................... 38 2.7.5 Separador Norwalt ....................................................................................... 39 2.7.6 Ciclone de Meio Denso  ................................................................................. 40 2.7.7 Separador Dynawhirlpool (DWP) .............................................................. 41 2.7.8 Separador Tri-Flo ........................................................................................ 44 2.7.9 Afunda-Flutua .............................................................................................. 45 3 CONSIDERAÇÕES FINAIS .....................................................................................47 REFERÊNCIAS ............................................................................................................49

10

1 INTRODUÇÃO Se atualmente há um grande ramo de aplicações para a separação em meio denso se deve aos vários estudos realizados, iniciando em 1858 e continuando até os dias atuais, onde cada estudo contribui para o avanço deste método de separação (CAMPOS, 2004). A separação por meio denso é uma separação gravítica, sendo considerada a melhor separação de corte em relação aos meios gravíticos, isto se deve a precisão na separação de soluções com diferença de densidade de até 0,1. Para ocorrer a separação atualmente se utiliza de quatro tipos de meio denso: soluções aquosas de sais inorgânicos; líquidos orgânicos; fluidos paramagnéticos e suspensões de sólidos em água, os quais são aplicados dependendo dos minerais que se deseja separar e, para este mesmo fim, podem ser alterados com o intuito de alcançar o melhor resultado (PITA, 2004). Este método de classificação baseia-se no emprego de um meio denso, no qual deve possuir uma densidade intermediária entre os minerais de interesse e aqueles que não se deseja utilizar. Sendo assim, ocorrerá dois produtos, no qual um terá uma densidade superior ao meio denso e consequentemente afundará, e outro que possuirá densidade inferior ao meio, ou seja, flutuará (LUZ, 2004).  Na concentração gravimétrica a separação das partículas é influenciada pelas  propriedades físicas das partículas e do fluido de separação. Não se restringindo apenas a densidade, mas também as características reológicas do fluido (LUZ, 2004). Ao empregar a separação por meio denso, a mesma pode ser feito por dois métodos, estático ou dinâmico. Enquanto, o método estático utiliza apenas a força gravitacional, o dinâmico por sua vez atua com forças centrífugas por volta de vinte vezes ou mais que a força gravitacional atuante na separação estática (AQUINO, 2007). Assim como estes dois métodos existentes, há também dois tipos de equipamentos no qual possuem os princípios de funcionamento parecido com os respectivos métodos. Para a escolha de um equipamento tanto de separação estática quanto dinâmica, irão depender de vários fatores (LUZ, 2004). Apesar de haver dois tipos de equipamentos diferentes, ao aplica-los independentemente dos tipos que são, os circuitos para a aplicação dos mesmos é relativamente parecido (PARANHOS, 200-?).

11 Para analisar o desempenho das operações de separação em meio denso nos circuitos empregados há diversos métodos, que podem ser agrupados em critérios dependentes e critérios independentes (LUZ, 2004).

12

2 REVISÃO DE LITERATURA 2.1 História As primeiras utilizações de meio denso que se conhece iniciou-se com Bessemer, quando patenteou o emprego de soluções de cloretos de ferro, bário, manganês e cálcio, datado em 1858. Na mesma época, visando a separação de carvões foi criada uma usina na Alemanha para a separação dos mesmos empregando cloreto de cálcio. No entanto, observou-se duas restrições, a primeira implicava sobre a viscosidade do meio, no qual impossibilitou a realização de separações com densidades acima de 1,35 e, a outra, se referia a recuperação do meio que se demonstrou proibitiva (CAMPOS, 2004). Enquanto na Alemanha havia as tentativas de meio denso através de cloretos, simultaneamente um processo chamado de Chance Sand desenvolvido por engenheiros americanos era desenvolvido para a classificação de carvão, este método baseava em uma suspensão de água e areia que podiam criar um meio com densidade de 1,7, desde que movida por um fluxo ascendente (CAMPOS, 2004). Posteriormente, a Du Pont, já em 1911, patenteou um processo empregando hidrocarbonetos clorados para obter meios densos de maior densidade. No entanto, a  primeira utilização em escala comercial aconteceu apenas seis anos após com o processo  patenteado de Chance, contudo, conceitualmente não se pode dizer que era uma separação em meio denso, mas sim de um leito de areia hidraulicamente dilatado (AQUINO, 2007). Um novo passo foi dado com Vooys em 1932, quando o mesmo empregou uma mistura de argila e barita para a lavagem de carvão, com isso o problema da corrosão que acontecia devido os meios densos serem constituídos de cloretos foi solucionado, porém, a densidade das suspensões obtidas era no máximo de 1,6 (AQUINO, 2007). Até então os minerais separados por este método eram apenas de baixa densidade, apenas em 1939 a American Zinc Lead and Smelting Company nos Estados Unidos conseguiram a concentração de minerais metálicos, chumbo e zinco, ao utilizar a galena como meio denso (CAMPOS, 2004). Infelizmente a aplicação da galena trazia alguns inconvenientes, como o excesso de finos gerados pela moagem e a recuperação  por flotação, devido a este fato procurou-se alternativas encontrando como solução a aplicação de magnetita e ferro-silício na preparação dos meios densos (LUZ, 2004). Uma outra solução procurada foi o emprego de líquidos densos com densidade de 2,96, como é o caso do tetrabromoetano, mas em escala comercial se tornou inviável

13 o seu emprego devido a toxidez e alto custo. Sendo assim, os melhores resultados para os meios densos foram as suspensões a base de ferro-silício e magnetita, devido a isto os estudos se concentraram em desenvolver equipamentos para melhorar e aprimorar a aplicação de tais meios (LUZ, 2004). Pois, um fator importante no emprego da separação por meio denso é a granulometria, afinal, os primeiros equipamentos só classificavam minérios com tamanho superior a 6 mm, o que comprometia a eficiência do processo devido ao fato que nesta granulometria o grau de liberação das partículas é baixo. Como resultado dos estudos, hoje há equipamentos que conseguem a separação de minerais com granulometrias de até 0,30 mm (CAMPOS, 2004).

2.2 Definição da Separação por Meio Denso A separação por meio denso é um método de classificação gravimétrica, sendo considerado o de maior precisão de corte, o qual baseia-se na diferença de densidade entre um meio fluido e os minerais a serem separados (SOUZA, 2013). O processo de classificação por este método acontece devido ao fato do meio fluido (líquido ou em suspensão) de densidade conhecida e controlada, possuir uma densidade intermediária à dos minerais considerados para realizar a separação (DUTRA, 2008). Sendo esta a principal diferença entre a separação em questão e a concentração gravimétrica, pois a gravimétrica utiliza-se de ar ou água como meio denso, portanto, como todos os minerais são mais densos as partículas minerais apresentam a mesma direção e sentido que a aceleração do campo ao realizar a separação, enquanto, a separação por meio denso apresenta dois produtos, um que flutua, devido a sua densidade ser menor que a do meio denso e o outro que afunda por possuir maior densidade que o meio (LEMYR, 2011). É de suma importância a escolha e seleção do meio a ser utilizado, afinal, a eficiência do processo possui grande dependência deste. A maior parte dos minérios apresentam densidade maior que a água, com isso, cria-se o meio denso que pode ser constituído de líquidos orgânicos, suspensões estáveis ou soluções de sais inorgânicos através da dissolução de sais ou pela dispersão em água de material com densidade elevada, como por exemplo, ferro silício. Recomenda-se utilizar este método de concentração para minerais com densidade no intervalo de 0,4 a 19 g/cm³ e

14 granulometrias mais grosseiras, variando entre 0,5 mm e 300 mm, para contribuir na eficiência do processo (PITA, 2004).

2.3 Princípios da Separação por Meio Denso A separação por meio denso se resume basicamente em um processo em que as  partículas de densidade inferior ao meio flutuam, as de densidade superior afundam, enquanto as partículas de mesma densidade do meio continuam em suspensão, resultando assim em dois produtos (LUZ, 2004). É possível a separação entre materiais com diferença de densidade de 0,1 ou menos (CAMPOS, 2004). Basicamente, pode-se resumir o processo pela ilustração abaixo.

Figura 1: Princípio de Separação por Meio Denso

Alimentação

Separador de Meio Denso

Minerais de densidade > ds (afundado)

Minerais de densidade < ds (flutuado)

Fonte: Adaptado de Luz (2004). Para que haja uma boa separação atualmente os meios densos que produzem um melhor resultado são os líquidos orgânicos, as soluções de sais inorgânicos em água e suspensões de sólidos de granulometria fina em água (LUZ, 2004). Outro fator a ser considerado, se refere a granulometria, pois teoricamente qualquer tamanho de partícula  poderia ser separada, no entanto, industrialmente ao utilizar a separação pelo método estático recomenda-se trabalhar com tamanhos entre 3 mm e 6 mm, sendo mais

15 comumente aplicado partículas com 6 mm, podendo chegar até mais de 150 mm no caso de carvões (CAMPOS, 2004). A determinação para a granulometria ideal irá depender dos equipamentos e da facilidade em se trabalhar com o material na usina (CAMPOS, 2004). Ao empregar a separação por meio denso, a mesma pode ser feito por dois métodos, estático ou dinâmico (AQUINO, 2007). Enquanto, o método estático utiliza apenas a força gravitacional, o dinâmico por sua vez atua com forças centrífugas por volta de vinte vezes ou mais que a força gravitacional atuante na separação estática, vale ressaltar que o fato de ser empregado apenas a força gravitacional não implica que os equipamentos usados não possuam partes móveis necessárias para prover a estabilidade do meio (LUZ, 2004). A equação abaixo demonstra como ocorre a classificação das partículas quando estão sobre uma separação por meio estático (LUZ, 2004):

 =  .    .  = (   ).  

(1)

Onde: 

  é a força resultante gravitacional;   é a massa do fluido deslocado;



  é a massa da partícula;



 é a aceleração da gravidade.



Para a separação em meio dinâmico o tamanho das partículas vão variar de acordo com os equipamentos a serem utilizados, contudo, na grande maioria das vezes o tamanho máximo varia de 12 a 50 mm e o mínimo entre 0,5 a 1,0 mm (CAMPOS, 2004). Diferentemente da separação estática na dinâmica não há presença da aceleração da gravidade, pois a mesma é substituída pela aceleração centrífuga, sendo assim, a equação  para este método ficará como demonstrado a seguir (LUZ, 2004): 

 = (   ).    Onde: 

  é a força centrífuga resultante;   é a massa do fluido deslocado;



  é a massa da partícula;



(2)

16  

 é o raio do hidrociclone;  é a velocidade tangencial de entrada da alimentação.

Os separadores dinâmicos possuem uma maior capacidade de separação do que os estáticos devido ao fato da força centrífuga ser bem maior que a força gravitacional e;  pelo mesmo motivo, também conseguem a separação de partículas mais finas (AQUINO, 2007).

2.4 Tipos de Meio Denso Atualmente, os meios densos utilizados para a separação dos minerais são (PITA, 2004): 

Soluções aquosas de sais inorgânicos;



Líquidos orgânicos;



Fluidos paramagnéticos;



Suspensões de sólidos em água.

Apesar da existência destes quatro meios densos, todos eles buscam possuir características imprescindíveis para serem considerados ideais em uma determinada aplicação, sendo elas (CAMPOS, 2004):    

Formar suspensão ou solução estável;  Não ser corrosivo; Possuir baixa viscosidade;  Não ser tóxico;



Ser passível de recuperação;



Ter fácil ajuste de densidade;



Ter baixo custo.

2.4.1 Soluções aquosas de sais inorgânicos  No que se trata de soluções aquosas como meio denso, tudo se iniciou com uma solução de cloreto de cálcio como meio denso na separação de carvão por processos chamados de Lessing e Bertrand, no qual, a densidade da solução estava em 1,4 (LUZ,

17 2004). Conseguiu-se produtos que atendiam o mercado, no entanto, o custo decorrente da solução impediu o uso da mesma (LUZ, 2004). Outra solução empregada, sendo ela utilizada até os dias atuais é a solução de cloreto de zinco, contudo, a mesma fica restrita a ser aplicada em estudos de lavabilidade de carvões em laboratório, para tal a densidade usada é de 1,8 (LUZ, 2004). Ao compará-los com os líquidos orgânicos se apresentam mais baratos e  possibilitam o tratamento de amostras úmidas, no entanto, não obtém soluções com densidade superior a 1,95 (AQUINO, 2007).

2.4.2 Líquidos orgânicos  Nos dias atuais os líquidos orgânicos vem sendo aplicados unicamente em laboratórios na caracterização tecnológica de matérias-primas minerais ou carbonosas, estudos preliminares de concentração e determinação do grau de liberação (AQUINO, 2007). Apesar de ter ocorrido tentativas de utilizar os líquidos orgânicos em substituição aos sais inorgânicos para a separação de minerais na indústria, esta tentativa não pode se concretizar devido a toxidez, corrosão, baixa pressão de vapor, consequentemente grandes perdas por volatização e os altos custos, o que acarretou no fim da tentativa (AQUINO, 2007).  Na aplicação atual dos líquidos orgânicos os que são mais empregados, ganhando destaque são: bromofórmio, iodeto de metileno e solução de Clerici (CAMPOS, 2004). Juntamente com eles os diluentes que contribuem para facilitar na aplicação dos líquidos, são: tetracloreto de carbono, xilol e percloroetileno (CAMPOS, 2004). Para ocorrer uma mistura estável, deve se atentar para uma propriedade importante tanto para os líquidos quanto para os diluentes, que é a pressão de vapor, quanto menor a  pressão de vapor deles, bem como a diferença das pressões de vapor entre os líquidos densos e diluentes, mais estável será a mistura (CAMPOS, 2004). Outras características importantes dos principais líquidos orgânicos são apresentadas na tabela abaixo:

18

Quadro 1: Características dos líquidos orgânicos utilizados na separação de minerais em laboratório

Líquido

Tetrabromoet ano Bromofórmio Iodeto de Metileno

Fórmula

Densidade

Viscosidade

Química

(g/ml a 20°)(1)

(cP a 20°)

de

(mmHg a 20

Solidificação

°C)

(°C)

Temperatura de Ebulição (°C)

0,065

<1,0

0,1

151(2)

CHBr 3 

2,890

1,89(5)

0,319

5,0

6-7

149,5

CH2I2

3,325

2,6

1,42

1,3(5)

5,6

180(3)

4,280

31,0(5)

1,40

-

-

-

CCl3CH3

1,330

-

2,00(4)

-

32,5

74,1(6)

CCl3Br

2,001

-

0,0

-

-

-

HCOOTI

Bromo-Eteno

Vapor

12,0

Clerici

Triclo-

(g/100 ml)

Temperatura

2,964

CH2(COOTI)2

etano

em água

Pressão de

CHBr 2CHBr 2

Solução de Tricloro-

Solubilidade

19

Brometo de metileno Tribromofluor-metano

CH2Br 2

2,484

-

-

-

-52,7

97

CBr 3F

2,748

-

11,7(7)

-

-

-

(1)

Em relação à água a 4 °C

(2)

Em relação a 54 mm de Hg

(3)

Com decomposição

(4)

Média a 20 °C

(5)

Média a 25 °C

(6)

Média a 760 mm de Hg

(7)

Média a 15 °C

Fonte: Adaptado de Luz 2004.

20 A determinação da densidade de um meio formado por dois líquidos orgânicos ou um líquido orgânico e um diluente normalmente utiliza-se a equação abaixo (AQUINO, 2007):  − 2 =  . −    

(3)

Onde:     

2 = volume de líquido de densidade 2 (mL);  = volume de líquido de densidade   (mL);  = densidade da mistura desejada (g/cm³);  = densidade do líquido 1 (g/cm³); 2  = densidade do líquido 2 (g/cm³).

Devido ao custo dos líquidos densos ser elevado, normalmente é feito a reutilização dos mesmos, a maneira com que o reaproveitamento é feito vai depender do líquido denso e do diluente que foram empregados (CAMPOS, 2004). Uma maneira pode ser a lavagem contracorrente com água para casos de diluentes solúveis a água (CAMPOS, 2004). Comparando com as suspensões de sólidos, os líquidos orgânicos apresentam baixas viscosidade, abrasividade e alta estabilidade (LUZ, 2004).

2.4.3 Fluidos paramagnéticos O emprego dos fluidos paramagnéticos como meio denso aconteceu com o surgimento de um equipamento em 1986 com a Intermagnetics General Corporation  –  IGC, em que patenteou o Magstream, um equipamento que separa os minerais de acordo com a diferença de densidade das partículas (PITA, 2004). Este equipamento pode trabalhar em batelada ou escala comercial abrangendo densidades de 1,5 a 21,0, os minerais são misturados com o fluído magnético e com um tubo rotativo anular alimentam o Magstream (PITA, 2004). O princípio para o qual os fluidos paramagnéticos são empregados se resume em uma força magnética externa exercendo uma atração sobre o fluido que, combinada com a força centrífuga, promove um gradiente de densidade radial que aumenta do centro para fora, permitindo a separação das partículas leves das pesadas (LUZ, 2004).

21 Pode-se definir fluido paramagnético sendo uma suspensão coloidal à base de água, não tóxico; contendo partículas de ferrita micronizada abaixo de 100 Å e dispersas com lignossulfonato, além de ser capaz de trabalhar com densidade variável na presença de um campo magnético, no qual ela pode ser controlada variando a intensidade do campo, a velocidade de rotação ou a concentração do fluido (PITA, 2004).

2.4.4 Suspensões de sólidos em água É indispensável que uma suspensão apresente as características abaixo, para que a mesma seja considerada ideal (CAMPOS, 2004): 

Dureza elevada;



Estabilidade química;



Densidade elevada;



Recuperação fácil;



Estabilidade de suspensão



Granulometria;



Grãos arredondados

Os mais usados industrialmente por possuir todos ou a maioria das características apresentadas são: magnetita, ferro-silício e a galena (CAMPOS, 2004). No entanto, a galena devida a sua baixa recuperação na flotação, pelo fato de produzir muitos finos na moagem, o que acarreta em perda do meio denso e inevitavelmente variação da densidade, a mesma foi substituída em quase sua totalidade pela magnetita e pelo ferrosilício (AQUINO, 2007). Já a magnetita possui sua utilização restrita a separação de minerais de baixa densidade, como: grafita, gipsita e carvão. Isso se deve a sua densidade de 5,0 a 5,2, o que gera uma polpa com densidade máxima de 1,9 (LUZ, 2004). Para este tipo de meio denso, o de maior destaque e mais utilizado é o ferrosilício, ele pode se apresentar atomizado, moído e com 15% de silício (AQUINO, 2007). Com densidade de 6,9 possibilita a geração de polpas com densidade máxima de 3,4, o que representa um intervalo capaz de separar a maioria dos minerais metálicos (AQUINO, 2007). Abaixo são demonstradas as tabelas com as respectivas características granulométricas de cada uma dessas suspensões.

22

Tabela 2: Características granulométricas do ferro-silício atomizado Granulometria

Tipo e % Peso Acumulada

(mm)

Grosso

Fino

Ciclone 60

Ciclone 40

+0,210

3

1

-

-

+0,149

11

8

0

-

+0,105

28

18

2

0

+0,074

40

33

7

2

+0,044

62

55

27

10

-0,044

38

45

73

90

-0,037

-

-

65

85

Fonte: Adaptado de Campos, 2004. Tabela 3: Distribuição granulométrica de seis diferentes tipos de ferro-silício moído Granulometria

Tipo e % Peso Acumulada

(mm)

48D

65D

100D

150D

270D

Nacional

+0,210

5

0,5

0

0

0

0

+0,149

15

3,0

0,2

0

0

0-0,5

+0,105

30

8,0

1,2

0,5

0

0-5

+0,074

50

20,0

5,0

2,0

0,2

5-10

+0,044

75

55

35

25

10

20-30

-0,044

25

45

65

75

90

70

Fonte: Adaptado de Campos, 2004.

23

Tabela 4: Características químicas e físicas de um ferro-silício Elementos(*) /

Peso (%)

Propriedades

Elementos (*) / Propriedades

Peso (%)

Si

14-16

Al

0,8

C

1,0

Mn

0,5

S

0,05

Cu

0,8

P

0,1

Cr

0,5

Material magnético

99%

Densidade picnométrica

6,7-7,0

Densidade aparente

3,5-4,2

(*) Exceto o Si, os outros valores são o máximo permitido Fonte: Adaptado de Campos, 2004. 2.5 Densidade, Reologia e Propriedades do Meio Denso  Na concentração gravimétrica a separação das partículas é influenciada pelas  propriedades físicas das partículas e do fluido de separação. Não se restringindo apenas a densidade, mas também as características reológicas do fluido, no qual, influencia significativamente a separação. A densidade das suspensões podem ser calculadas considerando a densidade do sólido e da quantidade de sólido utilizado, sendo assim a equação pode ser expressa da seguinte maneira (LUZ, 2004):

 =



   +− 

(4)

Onde: 

  = densidade da suspensão (polpa);



  = densidade do sólido;   = concentração do sólido na suspensão (%)



Como se pode observar, com o aumento da concentração de sólidos ocorre o aumento da densidade da suspensão, contudo, na prática há um limite (LUZ, 2004). Isso se deve a viscosidade da suspensão atingir o limite em que a fluidez do meio fica

24 comprometida, dificultando a separação dos minerais, sendo assim, o limite da concentração de sólidos varia entre 70 e 86% em peso (LUZ, 2004). Os minerais geralmente utilizados na preparação das suspensões são: barita, quartzo moído, magnetita moída, ferro-silício moído ou atomizado, chumbo atomizado e argilas (LUZ, 2004). Estes minerais são aplicados de acordo com o intervalo de densidade que a suspensão quer atingir, a densidade pode ser classificada em quatro tipos de suspensão, sendo elas (LUZ, 2004): 

Densidade = 1,3 a 1,9, empregadas basicamente ao beneficiamento de carvão;



Densidade = 2,7 a 2,9, comumente utilizada na pré-concentração de minerais metálicos;



Densidade = 2,9 a 3,6, usada em minérios especiais e mais  particularmente na recuperação de diamantes;



Densidade > 3,6, dificilmente empregada.

A reologia busca estudar as propriedades físicas, ou seja, a viscosidade, a  plasticidade, a elasticidade e o escoamento da matéria em geral, no caso dos meio densos se aplica particularmente ao fluxo plástico de sólidos e de líquidos não Newtonianos (CAMPOS, 2004). Com isso, as propriedades inerentes a reologia de uma suspensão são influenciadas pelos seguintes fatores (CAMPOS, 2004): 

Viscosidade do meio fluido;



Concentração de sólidos;



Tamanho e forma das partículas;



Forças de interação entre as partículas.

Características como a densidade, forma, distribuição granulométrica e  propriedades físicas e químicas, como energia superficial, coercividade, permeabilidade e grau de oxidação afetam na reologia do meio, assim como, as características físicas e mineralógicas do meio influenciam as operações de meio denso (LUZ, 2004). As propriedades hidrodinâmicas do material a ser separado em condições operacionais; as propriedades reológicas da suspensão sob condições operacionais; a granulometria do material a ser separado e a densidade do meio de separação; a viscosidade e o limite de escoamento da suspensão que idealmente devem ser o mais  baixo possível; a estabilidade da suspensão que deve ser a mais alta possível, são

25  propriedades em que o desempenho de uma separação está relacionado (CAMPOS, 2004). A inexistência de uma tensão mínima de cisalhamento que faça a partícula movimentar-se em fluidos não-newtonianos; tempo insuficiente para separação das  partículas e ação de correntes dispersivas são fatores que podem interferir na separação  por meio denso, de maneira até a impedir que ocorra a separação (PARANHOS, 200-?). Outra propriedade que se deve analisar é a estabilidade, ela se relaciona com a tendência dos sólidos formadores se sedimentarem, podendo ser compreendida como o inverso da taxa de sedimentação da suspensão (PARANHOS, 200-?). Sendo assim, para uma suspensão considerada estável, menor será a necessidade de agitação da suspensão durante a operação de separação (PARANHOS, 200-?). Ocorrendo alta estabilidade, acarreta em alta concentração de sólidos no meiodenso; redução do tamanho das partículas; formato irregular de partículas; presença de contaminantes de baixa densidade (CAMPOS, 2004). Quando há pouca agitação do meio denso favorece na diminuição da formação de finos, oriundos da degradação do material sólido que constitui a suspensão evitando a perda de material no circuito de recuperação do meio denso (LUZ, 2004).  No entanto, para que isso ocorra pode ser necessário que o limite de escoamento seja atingido, o que acarretaria no aumento da viscosidade para situações impraticáveis (LUZ, 2004). Por isso, é de suma importância que se encontre um equilíbrio entre a estabilidade da suspensão e o aumento da viscosidade (CAMPOS, 2004).

2.6 Circuitos, controle das operações e aplicações do meio denso Para que ocorra uma separação adequada e que atenda às necessidades, é de suma importância se ater desde o minério que servirá de alimentação para o processo de separação. Com isso, o minério que alimentará o circuito de meio denso deve estar com a granulometria adequada, livre de finos, para que impeça o aumento da viscosidade e consequentemente possíveis danos (LUZ, 2004). Um cuidado a ser tomado com as operações em meio denso se refere ao sistema de recuperação do mesmo, para o seu reaproveitamento no circuito, sendo este o fator que mais onera nas operações deste tipo de classificação (LUZ, 2004). De maneira geral os circuitos de meio denso normalmente apresentam as etapas de preparação da alimentação; separação dos produtos flutuado e afundado no

26 equipamento a meio-denso; recuperação do material formador do meio denso dos  produtos separados e regeneração da polpa de meio-denso (PARANHOS, 200-?). A alimentação deve ser peneirada para a remoção de finos e lamas antes de alimentar o separador, ela deve ser molhada para prevenir que bolhas de ar aderidas a alguma  partícula alterem a sua densidade (SOUZA, 2013). É necessário desaguar os produtos, flutuado e afundado, e recuperar o sólido que forma o meio denso, afinal, ele é um contaminante que pode prejudicar a qualidade do concentrado (SOUZA, 2013). Mesmo alterando o tipo de separador utilizado, como ciclone de meio denso, separador tambor ou dynawhirlpool (DWP) os circuitos geralmente são semelhantes (PITA, 2004). Por isso, abaixo é esboçado um circuito de meio denso, em que o separador usado é o DWP.

Figura 2: Circuito típico de separação em meio denso

Fonte: Adaptado de Campos (2004)

27

Onde: 1. Alimentação; 2. DWP; 3. Produtos Pesados; 4. Produtos Leves; 5. Peneiras Curvas (DSM)  –  A 6. Peneiras Horizontais de Drenagem e Lavagem  –  B e C 7. Classificador Espiral; 8. Separadores Magnéticos; 9. Bomba de Meio Denso; 10. Bombas de Meio Denso Diluído; 11. Bobina Desmagnetizadora; 12. Tanque de Meio Denso; 13. Finos de Minério O circuito acontece com os produtos leves e pesados que deixam pelo o equipamento de separação, passam separadamente por peneiras curvas DSM (A) de drenagem do meio denso e peneiras horizontais divididas em duas partes, onde a primeira (B) é ainda para drenagem do meio denso (PITA, 2004). Cerca de 90% do meio denso é recuperado nessas duas partes (A e B) e bombeado de volta ao circuito (PITA, 2004). Posteriormente, na segunda parte da peneira horizontal (C) é onde se processa a lavagem dos produtos, que é feita com água sob pressão (spray), para a retirada de  partículas finas de meio denso e de minério que ficam aderidas nos produtos de separação (PITA, 2004). Os finos das peneiras de lavagem dos produtos, constituem uma polpa muito diluída, contendo o meio denso e finos do minério, ela é tratada em separadores magnéticos para recuperação do material que constitui o meio denso (PITA, 2004). Seguindo o circuito, a polpa contendo o meio denso passa por um classificador espiral para desaguamento, visando ajustar à densidade requerida na operação de separação (PITA, 2004). Na etapa posterior, este material desaguado é desmagnetizado em bobinas desmagnetizadoras, para assegurar a não floculação das partículas, e retorna ao circuito do meio denso no processo (PITA, 2004).

28 Outro sistema de adensamento de polpa pode ser empregado no lugar do classificador espiral (PITA, 2004). Da última década para cá, o controle da densidade do meio é feito automaticamente por meio de instrumentação (PITA, 2004).  No que se refere propriamente ao controle das operações de separação em meio denso, para que haja um bom desempenho é de suma importância que haja uma boa  preparação da alimentação; uma vazão de alimentação adequada ao equipamento; o controle da densidade de corte; controle granulométrico do material usado no meio denso; controle da pressão de entrada da alimentação e controle da pressão de entrada do meio denso e pressão de saída dos pesados (LUZ, 2004). Para analisar o desempenho das operações de separação em meio denso há diversos métodos, que podem ser agrupados em critérios dependentes e critérios independentes (LUZ, 2004). Os critérios dependentes são: eficiência orgânica; material deslocado total e eficiência de separação metalúrgica, enquanto os critérios independentes se baseiam em indicadores retirados da curva de partição do equipamento (CAMPOS, 2004). Proposta por Fraser e Yancey a eficiência orgânica é muito utilizada no  beneficiamento de carvões, ela determina a eficiência de separação de um equipamento ou de uma usina de beneficiamento, sendo demonstrada abaixo (CAMPOS, 2004):

  % =

çã  ã   .100  çã ó

(5)

A recuperação teórica representa a porcentagem de carvão contido na alimentação com o mesmo teor de cinzas do carvão lavado, esta informação é conseguida através da curva de lavabilidade do carvão em que se está trabalhando (CAMPOS, 2004). Para se entender o método de material deslocado, primeiramente deve-se saber a sua definição, na qual é pronunciada como sendo a quantidade de material de rejeito  presente no concentrado, somado à quantidade de material de concentrado presente no rejeito, respeitando as devidas proporções entre concentrado e rejeito (LUZ, 2004). As medidas são realizadas de acordo com a densidade de corte do equipamento e em testes densimétricos com o concentrado e o rejeito. E quanto menores as proporções de material deslocado, melhor o desempenho do equipamento (LUZ, 2004).

29 O método da eficiência de separação metalúrgica é empregado no  beneficiamento de minérios, para tal, utiliza-se a equação abaixo para determina-la (CAMPOS, 2004):

   =

 −   .100  

(6)

Onde:   

 é a eficiência da separação;   é a recuperação metalúrgica do mineral útil;   é a recuperação metalúrgica da ganga.

Como dito anteriormente, os critérios independentes se baseiam na curva de  partição do equipamento ou curva de Tromp, em que de posse da mesma se pode calcular a eficiência de separação do equipamento (LUZ, 2004). No entanto, para se ter esta curva é necessário conhecer a recuperação em massa do produto pesado, obtido na operação industrial e as curvas de lavabilidade do concentrado e do rejeito (CAMPOS, 2004). A partir de tais informações há condições de calcular a alimentação reconstituída ou calculada e os coeficientes de partição, que fornecem a percentagem da densidade média de material que se dirige para os produtos pesados (LUZ, 2004). A seguir, é apresentado um modelo da curva de Tromp, em que os coeficientes de partição são  plotados de 0 a 100 no eixo das ordenadas, enquanto as densidades médias são inseridas no eixo das abcissas (CAMPOS, 2004).

30

Figura 3: Curva de Tromp ou curva de partição do equipamento

Fonte: Adaptado de Martins (2011). A curva OABC indica a curva ideal, em que todas as partículas com densidades menores a densidade do meio denso iriam flutuar e as de densidade maior a do meio iriam afundar (MARTINS, 2011). Contudo, as partículas que apresentam densidade parecida a do meio denso pode tanto ir em direção as partículas afundadas quanto as flutuadas, por isso, existe outra curva, chamada de curva real, esta é criada baseada na probabilidade de diferentes classes de partículas que se direcionam para o afundado (MARTINS, 2011). O material deslocado é apresentado na figura pela parte hachurada (MARTINS, 2011). A densidade referente a separação de 50% (d50) das partículas, é chamada de densidade efetiva de separação ou densidade de partição (dp) (MARTINS, 2011). Quanto as densidades em que se possui uma partição de 25 e 75%, respectivamente d25 e d75, é na maioria das vezes um segmento de reta, quando não, se aproxima bastante (MARTINS, 2011). Por sua vez, com este segmento, pode-se afirmar que quanto mais próximo ele estiver da vertical, mais eficiente será a separação (MARTINS, 2011).

31 Com a metade da diferença entre a densidade do d75 e d25 se pode medir a eficiência de separação, também chamado de erro provável de separação (  ), de acordo com a equação abaixo (MARTINS, 2011):

 =

75 − 5   2

(7)

Da equação pode-se dizer que quando   for igual a 0 se terá uma separação ideal, quando for menor significa que a separação está mais eficiente (MARTINS, 2011).  Na prática, normalmente o erro de separação fica entre 0,01 a 0,08 (MARTINS, 2011). Outro índice utilizado pelos critérios independentes, ou seja, que utiliza da curva de Tromp, se refere a imperfeição (I) (MARTINS, 2011). A diferença entre estes dois índices, é que enquanto o erro provável é aplicado para caracterizar os equipamentos de separação em meio denso, a imperfeição serve para caracterização dos equipamentos que utilizam como meio a água ou o ar (MARTINS, 2011). Sendo assim, pode-se calcular a imperfeição pelas equações abaixo:

=

   

(8)

=

    −

(9)

A primeira é empregada em equipamentos de separação em meio denso, já a segunda se refere a separação cujo meio é a água ou o ar. Os valores da imperfeição  podem variar de 0,07 para ciclones de meio denso a 0,175 para jigues (MARTINS, 2011). O uso da separação em meio denso se iniciou com o carvão e com esta aplicação se firmou por um bom tempo, o que contribuiu para a criação e melhoramento de diversos equipamentos, contudo, nas últimas décadas a aplicação deste método de separação vem encontrando grande espaço para atuar no beneficiamento de minerais metálicos,  principalmente na fase de pré-concentração, após trituração grosseira com eliminação de volumosas quantidades de gangas (LUZ, 2004). Pode-se aplicar a separação por meio denso também no retratamento de antigas escombreiras de jigagem ou de mina e também permitir a adoção de métodos de

32 exploração menos seletivos, podendo os minérios serem tratados sob condições de recuperação e baixo custo (LUZ, 2004). A separação por meio denso possibilita uma separação precisa em uma determinada densidade com uma eficiência de separação elevada, mesmo quando ocorre de haver minerais com densidade próxima a do meio (CAMPOS, 2004). Vale ressaltar, que caso necessário, a densidade de separação pode ser variada com uma certa rapidez durante a operação (LUZ, 2004). Apesar da necessidade de equipamentos para realizar a limpeza e recuperação do meio denso e sua recirculação, este tipo de classificação traz vantagens como a alta capacidade de processamento, automação do circuito, baixo custo de trituração para eliminar as grandes quantidades de ganga, grande flexibilidade operatória e baixo custo de tratamento e elevadas recuperações (CAMPOS, 2004). Mais especificamente a separação em meio estático é aplicada quando a granulometria dos minerais se apresentam grossos, isso se deve ao fato que a eficiência de separação decresce com a diminuição do tamanho das partículas devido a uma baixa velocidade de sedimentação que as partículas finas possuem (LUZ, 2004). Pode-se aplicar a separação em meio denso em ocasiões em que o mineral de interesse seja pesado e se encontra associado a rochas matrizes, outra situação acontece quando o mineral de interesse ocorre com minerais de ganga pesados, porém, encaixados em rochas matrizes e encaixantes leves, como ocorre algumas vezes com os veios de cassiterita, onde acontecem também gangas formadas por sulfetos de ferro, óxidos de ferro e outros associados à gangas silicosas leves (LUZ, 2004).

2.7 Principais Equipamentos Para a inserção da alimentação e do meio denso nos equipamentos de separação estática pode-se fazê-la em recipientes de diversos formatos, quanto a remoção, o material que flutua é retirado por transbordo ou com a ajuda de pás, diferentemente do afundado, que necessita da criatividade no projeto do separador para ser removido, no qual, deve-se ater para evitar que o meio denso seja carreado juntamente com o produto afundado (PITA, 2004). Logo, a retirada do produto afundado pode ser realizada por meios pneumáticos,  bombeamento, elevadores de caçambas de chapas perfuradas, sistemas de arraste entre outras (PITA, 2004). Nos separadores estáticos a força predominante é a gravidade, nos

33 tanques onde o meio denso e os minérios são alimentados ocorrem a separação entre afundados e flutuados, há a necessidade de mecanismo para elevar a fração que afunda e de agitação para uniformizar a densidade (CAMPOS, 2004). A alimentação do meio denso feita nos separadores muita das vezes ocorre perto do topo do tanque ou da suspensão (LUZ, 2004). Quando se deseja a formação de correntes ascendentes a alimentação do meio é feita pelo fundo do tanque, e quando se  pretende correntes horizontais ou manter a homogeneidade em todo o tanque, a alimentação é feita em vários níveis (LUZ, 2004). Os equipamentos de separação estático necessitam de um tempo de residência consideravelmente maior que os separadores dinâmicos, visto que o volume do meio denso utilizado também é maior nos separadores estáticos (LUZ, 2004). De maneira geral, considerando tanto os separadores estáticos como os dinâmicos, na indústria mineral ou carbonífera se utiliza ou utilizou não menos que setenta e quatro tipos de equipamentos (CAMPOS, 2004). Os separadores tipo de cone foram os primeiros equipamentos de separação por meio denso com sucesso em escala comercial, e também os primeiros a utilizar a galena e magnetita como meios de separação (CAMPOS, 2004). Estes separadores são bastante indicados para a classificação de carvões com granulometrias entre 3 e 100 mm, e quando há grande quantidade de material leve associado, sendo assim, não são recomendados  para alimentações em que há associação com material pesado (LUZ, 2004). Diferentemente dos separadores de cone, os de tambor e calha são recomendados quando se há presença de associação com materiais pesados, devido a isto, são bastante empregados no tratamento de minérios e no beneficiamento de alguns tipos de carvões,  pois muitas vezes no tratamento de minérios pode-se chegar até 80% de materiais pesados e em carvões de 50% (CAMPOS, 2004). Se tratando de separadores dinâmicos eles podem trabalhar em diversas situações, nas mais variáveis proporções de leves ou pesados, dependendo para o seu bom desempenho o dimensionamento adequado dos orifícios de entrada da alimentação e saída dos produtos (LUZ, 2004). De modo geral, para a escolha de um equipamento tanto de separação estática quanto dinâmica, irão depender dos seguintes fatores (LUZ, 2004): 

Capital disponível;



Espaço requerido para a instalação;



Tamanho máximo da partícula a ser tratada;



Capacidade de alimentação;

34 

Densidade de separação.

Para contribuir em uma melhor eficiência do equipamento, deve-se molhar a alimentação antes que a mesma entre no separador (CAMPOS, 2004). Devido a vasta gama de equipamentos existentes para a separação em meio denso, serão apresentados apenas os principais da separação estática e da dinâmica.

2.7.1 Separador de cone WEMCO O separador de cone do tipo WEMCO é um separador estático, que possui um tanque cônico de até 6 m de diâmetro, podendo processar partículas de até 10 cm de diâmetro e com uma capacidade de até 500 t/h (CAMPOS, 2004). Existe um mecanismo interno de agitação lenta o suficiente para que o meio continue em suspensão uniforme e ao mesmo tempo auxilia com que o produto flutuado se direcione a periferia do separador, onde é removido por transbordo com uma certa quantidade de meio denso, no qual é recuperado no circuito posteriormente (LUZ, 2004). Já o produto afundado é retirado por meio de bomba ou de fluxo ascendente externo ou interno com ar comprimido, para ambos os casos, o meio denso que sai com o afundado é drenado e volta diretamente para o cone (LUZ, 2004). Os separadores de cone foram desenvolvidos para o beneficiamento de minérios com alta eficiência metalúrgica no tratamento de partículas finas, são mais recomendados  para o tratamento de carvões que possuem grande quantidade de material leve e granulometria variando de 3 a 100 mm. Portanto, para minérios com maior quantidade de material pesado não são recomendados (CAMPOS, 2004).

35

Figura 4: Separador de cone tipo WEMCO, com bomba de ar comprimido

Fonte: Adaptado de Campos (2004) 2.7.2 Separadores de Tambor Os separadores de tambor convencionais são utilizados no beneficiamento de minérios metálicos e não metálicos, com granulometria das partículas variando de 5 a 300 mm, sendo indicados para situações em que há grande quantidade de pesados (LUZ, 2004). Basicamente, eles consistem de um tambor cilíndrico rotativo com ressaltos que se encontram na parede interna do tambor, com o objetivo de remover o produto afundado, enquanto o flutuado é retirado por transbordo em um vertedouro localizado na extremidade oposta à alimentação (PITA, 2008). O separador de tambor se mostra versátil no que se diz respeito aos produtos com este equipamento pode-se gerar dois ou três produtos de separação (CAMPOS, 2004). Quando se deseja dois produtos, o separador terá apenas um compartimento de separação, já quando o objetivo são três produtos serão necessários dois locais para separação, contudo os compartimentos para três produtos trabalharão independentes um do outro (PITA, 2008). Sendo que o produto afundado do primeiro compartimento

36 alimenta o segundo, no qual possui uma densidade de separação mais alta que o primeiro (PITA, 2008).  No que se refere ao dimensionamento do equipamento, os separadores podem ser construídos de vários tamanhos, até de 4,3 m de diâmetro por 6 m de comprimento e uma capacidade de 450 t/h (LUZ, 2004). Vale ressaltar que existem placas longitudinais internas que separam a superfície do flutuado com a descarga do afundado (LUZ, 2004). Uma comparação entre os separadores de tambor com os cônicos, é que nos separadores de tambor o meio denso fica em uma pequena profundidade, diferentemente dos cônicos, o que acarreta em uma maior uniformidade na densidade em toda a extensão do tambor e consequentemente minimiza a sedimentação das partículas pertencentes ao meio denso (CAMPOS, 2004). Outro fator que contribui para uma boa homogeneização do meio denso é a agitação provocada pelos elevadores (CAMPOS, 2004).

Figura 5: Separador de tambor de dois compartimentos

Fonte: Adaptado de Luz (2004) 2.7.3 Separador Teska O separador Teska atualmente é produzido pela Humboldt Wedag com aplicação no beneficiamento de carvões (LUZ, 2004). Este separador possui um tambor com caçambas internas de chapas perfuradas para transporte do material afundado e drenagem do meio denso, onde o tambor gira dentro de um tanque aberto que contém o meio denso

37 (CAMPOS, 2004). Já o produto flutuado é removido do lado oposto ao da alimentação, sendo feito por transbordo ou por pás em uma calha (CAMPOS, 2004). Logo após, o flutuado é descarregado em peneiras primárias para a drenagem do meio denso, para retornar ao tanque do separador (CAMPOS, 2004). Quanto ao afundado que se encontra no tanque do meio denso é elevado pelas caçambas do tambor e descarregado em uma outra calha (CAMPOS, 2004). Uma ação importante para evitar alguma tendência de formação de gradiente de densidade dentro do tanque do separador se refere ao controle da corrente descendente de meio denso que sai das caçambas de chapas perfuradas e é descarregado no tanque através de orifícios ajustáveis, sendo esta uma característica do separador Teska (CAMPOS, 2004). Este tipo de separador possui como característica uma taxa de alimentação de até 500 t/h com granulometria de 150 a 1500 mm; suspensão magnetita 98% menores que 0,2 mm; são utilizados na pré-lavagem ou corte final (CAMPOS, 2004).

Figura 6: Separador Teska

Fonte: Adaptado de Luz (2004)

38

2.7.4 Separador Drewboy Podendo ser considerado uma modificação do separador Teska, o separador Drewboy possui o seu tambor de maneira inclinada e não na vertical como o Teska (LUZ, 2004). O Drewboy assim como o Teska é muito aplicado no beneficiamento de carvões, ele possui uma taxa de alimentação de 150 a 200 t/h com granulometria de 6 a 800 mm (CAMPOS, 2004). O Drewboy, possui apenas dois produtos, logo, uma alternativa encontrada para a geração de um terceiro produto é a inserção de um outro separador, deixando os dois em série (CAMPOS, 2004). Essa alternativa é muito comum para este tipo de separador e assim como os separadores Teska. Se tratando da alimentação, a mesma entra no equipamento em uma das extremidades do tanque, enquanto os produtos flutuados são descarregados na extremidade oposta e os afundados são retirados do fundo do tanque por uma roda constituída de compartimentos radiais montada em um eixo inclinado, este eixo é suportado por mancais localizados fora do compartimento do meio denso (LUZ, 2004). O meio denso neste separador é alimentado pelo fundo do tanque ou por cima, próximo ao local que ocorre a alimentação do minério ou do carvão (LUZ, 2004).

Figura 7: Vista lateral do separador Drewboy

Fonte: Adaptado de Luz (2004)

39

2.7.5 Separador Norwalt Como os separadores anteriores o separador Norwalt também é utilizado no  beneficiamento de carvões. Este separador basicamente é feito por um tanque anular com uma parte interna cônica, no qual protege o mecanismo de acionamento do sistema de remoção do produto afundado (CAMPOS, 2004).  No separador Norwalt a alimentação é feita mais no centro do equipamento, dentro de uma cortina anular que imerge um pouco no tanque de meio denso, esta cortina obriga a alimentação a imergir no meio denso, evitando a saída de produtos pesados com os produtos leves (LUZ, 2004). Com isso, os flutuados são descarregados por transbordo nos vertedouros do separador e os afundados são retirados continuamente no fundo do separador por uma sistema de arraste ou a um sistema similar ao Drewboy (LUZ, 2004). Estes sistemas de remoção dos afundados evita que as partículas do meio denso se sedimentem (LUZ, 2004).

Figura 8: Separador Norwalt

Fonte: Adaptado de Campos (2004)

40 Sobre os equipamentos de separação dinâmica as partículas finas possuem baixa velocidade de sedimentação, um aumento na aceleração do campo através da injeção da  polpa tangencialmente, forças centrífugas 40 vezes a da gravidade e uma separação eficiente até 0,5 mm, são características destes equipamentos. Serão abordados o ciclone de meio denso, o separador Dynawhirlpool (DWP), o separador Tri-flo e o ensaio de laboratório chamado de Afunda-Flutua. Estes equipamentos abordados são apresentados com o intuito de abranger a maioria dos separadores dinâmicos.

2.7.6 Ciclone de Meio Denso Os ciclones de meio denso geralmente são aplicados no beneficiamento de minérios e de carvões (PITA, 2004). Uma particularidade destes equipamentos é que devido a alta força centrífuga empregada possibilita a separação de partículas com granulometrias mais finas do que outros métodos gravíticos (PITA, 2004). No entanto, a alimentação nos ciclones não deve ter partículas abaixo de 0,5 mm, afim de evitar que as mesmas contaminem o meio denso e com isso, inibindo as perdas de meio denso para  possíveis partículas de granulometrias finas (PITA, 2004). Como operam com pressões de 6,0 a 20,0 lb/pol², sendo mais adequado entre 14 e 15 lb/pol², os ciclones podem trabalhar com uma granulometria entre 50,0 e 0,5 mm, contudo a recomendação é que se utilize uma faixa granulométrica entre 20,0 e 0,5 mm (CAMPOS, 2004). Para os ciclones de meio denso a sua separação é complexa e diversas variáveis a afetam, tais como: pressão de alimentação; densidade da polpa de meio denso; granulometria do meio denso; formas das partículas, distribuição granulométrica, composição das partículas leves e pesadas; ângulo da seção cônica do ciclone (LUZ, 2004). Todas as variáveis afetam o desempenho da separação, contudo, a granulometria, densidade do meio denso e o ângulo do ciclone possuem um efeito marcante (LUZ, 2004). A presença de forças de cisalhamento dentro dos ciclones possibilita o emprego de partículas mais finas de ferro-silício ou magnetita para a formação do meio denso, contribuindo assim para a estabilidade da suspensão (CAMPOS, 2004). Nos ciclones de meio denso a alimentação e o meio denso são introduzidos no equipamento por gravidade em uma determinada altura manométrica possibilitando que a alimentação aconteça de forma tangencial e sob pressão (CAMPOS, 2004). Para os ciclones Dutch State Mines (DSM) essa altura encontra-se por volta de nove vezes o diâmetro do ciclone no caso de  beneficiamento de carvões e diamantes (PITA, 2004).

41 A preferência na alimentação para os ciclones é que a mesma ocorra por gravidade, devido ao fato de reduzir a degradação da alimentação (CAMPOS, 2004). Para os produtos gerados, os afundados movem-se ao longo da parede do ciclone e se encaminham para o ápex, underflow, enquanto que os flutuados se dirigem para o overflow, vórtice finder (PITA, 2004).

Figura 9: Ciclone de meio denso

Fonte: Adaptado de Campos (2004) 2.7.7 Separador Dynawhirlpool (DWP) O separador Dynawhirlpool (DWP) atualmente é utilizado para o  beneficiamento de carvões e minérios de diamante, bauxita refratária e fluorita, na faixa de 0,5 a 15 mm (PITA, 2004). Este equipamento se baseia em um cilindro de comprimento e diâmetro definidos com aberturas nas extremidades sob forma de tubos,  por onde são realizadas a alimentação do minério e a remoção do flutuado (CAMPOS, 2004).

42 Além desses há ainda a existência de dois tubos laterais situados na parte inferior cilindro onde é realizada a entrada tangencial do meio denso e a superior do mesmo, por onde há a descarga do afundado (CAMPOS, 2004). Quanto a alimentação do meio denso, esta é realizada na maior parte, algo entorno de 90% por bombeamento na parte lateral e inferior do cilindro, e o restante entra junto com a alimentação (CAMPOS, 2004). Esse cilindro trabalha com a inclinação de acordo com o material a ser processado, para minérios essa inclinação fica por volta de 25° e 15° para carvão; diâmetro de 40 a 65 cm; taxa de alimentação de 50 a 100 t/h e pressão de alimentação entre 70 e 100 kPa (CAMPOS, 2004). A granulometria do minério que alimenta o equipamento varia de acordo com o diâmetro do cilindro, no qual um cilindro com 152,4 mm trabalha com partículas na faixa granulométrica de 12,7 mm, e um cilindro com diâmetro de 470 mm com partículas de 38,1 mm, sendo os respectivos valores de máximos e mínimos para um DWP (AQUINO, 2007). Contudo, o limite inferior vai depender das dificuldades operacionais em separar o meio denso do minério, pois, ao se tratar de densidades elevadas, a viscosidade do meio dificulta o trabalho com peneiras muito finas (AQUINO, 2007). Deve-se ater também a umidade do minério na alimentação, sendo que ela modifica a densidade do meio, por isso a mesma não deve ser superior a 10% (AQUINO, 2007). O meio denso entra no equipamento de forma tangencial na parte inferior e lateral do mesmo, possibilitando a formação de um vórtice ascendente, no qual a saída  pela abertura tangencial lateral superior se encontra o produto afundado da separação (CAMPOS, 2004). Para a entrada da alimentação o tubo por onde ela passa é acoplado  por um funil alimentador, sendo que juntamente com a alimentação há presença de parte do meio denso (CAMPOS, 2004). Quanto as partículas leves da alimentação elas não conseguem penetrar no vórtice ascendente do meio denso. E, com isso, são descarregadas com o meio denso na extremidade inferior do equipamento, diminuindo a degradação das partículas leves (LUZ, 2004). Já as partículas pesadas da alimentação, diferentemente das leves, conseguem penetrar no vórtice ascendente e são descarregadas com parte do meio denso na abertura lateral superior através de uma mangueira de descarga (LUZ, 2004). Devido as partículas pesadas serem retiradas próximo à alimentação, o tempo das mesmas no equipamento é curto, e, com isso, há uma diminuição da degradação das partículas  pesadas (LUZ, 2004).

43 Diferentemente das demais partículas, as que possuem densidade próxima ao meio denso são as únicas há entrarem em contato com as paredes internas do cilindro por um tempo maior (CAMPOS, 2004). Como já mencionado, a descarga dos pesados é feita  por uma mangueira, no entanto, é importante dizer que a altura da mangueira contribui  para ajustar a pressão de topo, e também de auxiliar no controle da densidade de corte (CAMPOS, 2004). Como se pode observar a separação no DWP consiste na criação e controle de um vórtice ascendente, em que sua forma e estabilidade são afetadas por variáveis geométricas e operacionais (AQUINO, 2007). As variáveis geométricas são: comprimento do cilindro; diâmetro do cilindro; diâmetro e comprimento dentro do cilindro dos tubos de alimentação e de saída do flutuado; diâmetro de entrada do meio denso e de saída do afundado (AQUINO, 2007). No que se refere as variáveis operacionais, menciona-se a pressão de alimentação do meio denso; a pressão de descarga do afundado e a inclinação do DWP (AQUINO, 2007). O DWP possui uma capacidade de 100 t/h, e apresenta vantagens como propiciar uma menor degradação dos produtos da separação; menor desgaste operacional; ter bom desempenho de separação; custos operacionais baixos (CAMPOS, 2004).

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Figura 10: Separador Dynawhirlpool

Fonte: Adaptado de Campos (2004) 2.7.8 Separador Tri-Flo O separador Tri-Flo se baseia em acoplar dois DWP, tendo aplicações em carvões, minerais metálicos e não metálicos (PITA, 2004). A entrada do meio denso e a remoção do afundado são em forma de voluta, o que significa uma menor turbulência na entrada da alimentação em consideração ao DWP (PITA, 2004). Operando em dois estágios, o produto do primeiro estágio no Tri-Flo é retratado no segundo com a mesma densidade do meio ou em densidade diferente (PITA, 2004). Com isso, este equipamento obtém três produtos, o considerado misto pode ser cominuído, deslamado e retornar ao mesmo circuito ou ser tratado em circuito separado (CAMPOS, 2004). Para o beneficiamento de minerais metálicos, o segundo estágio de separação consegue aumentar a recuperação global no circuito (CAMPOS, 2004). O segundo produto pode ser rebritado e, após a deslamagem, retornar ao circuito (CAMPOS, 2004).

45  Na separação de carvões o segundo estágio purifica o flutuado do primeiro conseguindo um carvão de alta pureza (LUZ, 2004). Com os dois estágios de separação aumenta-se a eficiência da operação (LUZ, 2004). Os separadores Tri-Flo podem ser fabricados em quatro tamanhos, variando de 250 a 500 mm de diâmetro e capacidade de 15 a 90 t/h, respectivamente (LUZ, 2004).

Figura 11: Separador Tri-Flo

Fonte: Adaptado de Campos (2004) 2.7.9 Afunda-Flutua Por fim, é apresentado um equipamento de uso laboratorial chamado AfundaFlutua. Este equipamento permite a realização de alguns ensaios de separação em meio denso, com material de granulometria geralmente maior que 0,6 mm, com quantidades que variam entre 1 e 2 Kg, em que são recomendados para o dimensionamento de equipamentos industriais e realização de ensaios em escala piloto (AQUINO, 2007).

46 O Afunda-Flutua baseia-se de dois compartimentos cilíndrico-cônicos que se comunicam por meio de uma calha (LUZ, 2004). Nos dois compartimentos há peneiras no fundo das partes cilíndricas, que permitem a circulação do meio denso, sendo que o mesmo se movimenta por bombeamento do maior compartimento para o menor (LUZ, 2004). A maioria dos ensaios feitos por este equipamento buscam verificar a eficiência de corte em uma densidade levantada em ensaios densimétricos ou para preparar uma quantidade de produto para ensaios de aplicação industrial, utilizando material com granulometria grossa (CAMPOS, 2004). Os ensaios são considerados simples e de baixo custo, porém úteis na avaliação do processo de separação, necessitando de pequenas quantidades de amostras, eles são realizados em bateladas com alimentação previamente  preparada (AQUINO, 2007). O funcionamento do equipamento de forma sucinta consiste na introdução da alimentação no maior compartimento, o material que flutua passa por transbordo e por meio de uma calha para o compartimento menor, no qual fica retido em uma peneira (CAMPOS, 2004). O afundado permanece no compartimento maior, e com isso, a efetivação da separação (CAMPOS, 2004).

Figura 12:  Afunda-Flutua

Fonte: Adaptado de Luz (2004)

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3 CONSIDERAÇÕES FINAIS Posteriormente, ao estudo apresentado sobre a separação em meio denso é  possível realizar algumas considerações sobre o tema, os quais serão apresentados a seguir: A separação por meio denso é um método de classificação gravimétrica, sendo considerado o de maior precisão de corte, o qual baseia-se na diferença de densidade entre um meio fluido e os minerais a serem separados, resultando na geração de dois ou três  produtos dependendo do equipamento utilizado. É recomendado utilizar este método de concentração para minerais com densidade no intervalo de 0,4 a 19 g/cm³ e granulometrias mais grosseiras, variando entre 0,5 mm e 300 mm, para contribuir na eficiência do processo, quando a maior parte dos minérios apresentam densidade maior que a água, criando um meio denso que pode ser constituído de líquidos orgânicos, suspensões estáveis ou soluções de sais inorgânicos através da dissolução de sais ou pela dispersão em água de material com densidade elevada. Para que haja uma boa separação atualmente os meios densos que produzem um melhor resultado são os líquidos orgânicos, as soluções de sais inorgânicos em água e suspensões de sólidos de granulometria fina em água. Ao aplicar a separação por meio denso através do método estático, é recomendado trabalhar com tamanhos entre 3 mm e 6 mm, sendo mais comumente aplicado partículas com 6 mm, podendo chegar até mais de 150 mm no caso de carvões. A determinação para a granulometria ideal irá depender dos equipamentos e da facilidade em se trabalhar com o material na usina. O método estático utiliza apenas a força gravitacional, o dinâmico por sua vez atua com forças centrífugas por volta de vinte vezes ou mais que a força gravitacional atuante na separação estática. Os separadores dinâmicos possuem uma maior capacidade de separação do que os estáticos devido ao fato da força centrífuga ser bem maior que a força gravitacional e pelo mesmo motivo também conseguem a separação de partículas mais finas. Todos os meios densos buscam possuir características imprescindíveis para serem considerados ideais em uma determinada aplicação, sendo elas: formar suspensão ou solução estável; não ser corrosivo; possuir baixa viscosidade; não ser tóxico; ser  passível de recuperação; ter fácil ajuste de densidade; ter baixo custo.

48 Ao comparar as soluções aquosas de sais inorgânicos, com os líquidos orgânicos, elas se apresentam mais barata e possibilitam o tratamento de amostras úmidas, no entanto, não obtém soluções com densidade superior a 1,95. Apesar de ter ocorrido tentativas de utilizar os líquidos orgânicos em substituição aos sais inorgânicos para a separação de minerais na indústria, esta tentativa não pode se concretizar devido a toxidez, corrosão, baixa pressão de vapor, consequentemente grandes perdas por volatização e os altos custos. Para ocorrer uma mistura estável, deve se atentar para uma propriedade importante tanto para os líquidos orgânicos quanto para os diluentes, que é a pressão de vapor, quanto menor a pressão de vapor deles, bem como a diferença das pressões de vapor entre os líquidos densos e diluentes, mais estável será a mistura. É indispensável que uma suspensão de sólidos em água apresente as seguintes características, para que a mesma seja considerada ideal: dureza elevada; estabilidade química; densidade elevada; recuperação fácil; estabilidade de suspensão; granulometria e grãos arredondados. A magnetita possui sua utilização restrita a separação de minerais de baixa densidade, como: grafita, gipsita e carvão. Isso se deve a sua densidade de 5,0 a 5,2, o que gera uma polpa com densidade máxima de 1,9. Para as suspensões de sólidos em água o meio denso de maior destaque e mais utilizado é o ferro-silício, ele pode se apresentar atomizado, moído e com 15% de silício. Com densidade de 6,9 possibilita a geração de polpas com densidade máxima de 3,4, o que representa um intervalo capaz de separar a maioria dos minerais metálicos. Com o aumento da concentração de sólidos ocorre o aumento da densidade da suspensão, contudo, na prática há um limite. Isso se deve a viscosidade da suspensão atingir o limite em que a fluidez do meio fica comprometida, dificultando a separação dos minerais, sendo assim, o limite da concentração de sólidos varia entre 70 e 86% em peso. A inexistência de uma tensão mínima de cisalhamento que faça a partícula movimentar-se em fluidos não-newtonianos; tempo insuficiente para separação das  partículas e ação de correntes dispersivas são fatores que podem interferir na separação  por meio denso, de maneira até a impedir que ocorra a separação. Para evitar a perda de material no circuito de recuperação do meio denso é necessário que o limite de escoamento seja atingido, o que acarretaria no aumento da viscosidade para situações impraticáveis. Por isso, é de suma importância que se encontre um equilíbrio entre a estabilidade da suspensão e o aumento da viscosidade.