Determinação do diâmetro das menores partículas coletadas com eficiência de 100 no ciclone - Projeto CEENG Data 12112020

Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 1 de 4 Curso Engenharia de Minas Disciplina Aglomeração Desaguamento e Tratamento Olá A seguir são apresentadas questões discursivas sobre todo o assunto abordado na disciplina Para respondêlas consultem o conteúdo da disciplina fornecido os materiais de apoio as leituras e vídeos da sala de aula e dos estudos complementares Orientações A atividade de recuperação vale 50 pontos As questões discursivas devem ser redigidas pelo aluno e devidamente referenciadas As citações e referências devem seguir o que preconizam a ABNT NBR 6023 e a ABNT NBR 10520 Atividades com altos índices de plágio conforme Manual do Aluno devem ser reprovadas Todos os cálculos necessários à resolução da atividade devem estar elucidados em cada questão e podem ser feitos a mão e digitalizados A atividade deve ser entregue em apenas um arquivo em formato pdf docx ou similar QUESTÃO 1 100 PONTOS Determine o valor do diâmetro das menores partículas que são coletadas com eficiência de 100 no ciclone esquematizado na Figura 1 abaixo Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 2 de 4 Figura 1 Trajetória da menor partícula separada com eficiência de 100 no ciclone Dados Propriedades do líquido água a 20C ρf 1000 kgm³ e μf 103 Pas1 Densidade das partículas sólidas ρs 1900 kgm³ Dimensões do ciclone R 30 mm Ri 12 mm Ro 6 mm L 360 mm Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 3 de 4 Vazão de líquido na alimentação Q 10 m³h Intensidade média do campo centrífugo estimado em 10 g São feitas as seguintes considerações I a suspensão é diluída não sendo necessário levar em conta os efeitos da concentração na separação das partículas II as partículas são esféricas e prevalece o regime de Stokes III o tempo de residência das partículas no ciclone é igual ao tempo de residência médio do fluido na zona de separação Formulações necessárias t R π R 2Ro 2L Q 2Ri ρsρf b 1 ε f 183 Dp 2 18 μf ε f ρf C ρs ρf ρf QUESTÃO 2 100 PONTOS De acordo com o resultado do exercício anterior Questão 1 determine o novo diâmetro crítico para uma concentração de sólidos de C 80gL QUESTÃO 3 300 PONTOS Dimensione um espessador do tipo DorrOliver para operar com 1100 m³h de uma polpa de finos do mineral 35μm cuja concentração de sólidos na alimentação é igual a 25 e a concentração desejada para o underflow é de 60 A densidade do sólido é 2400 kgm³ densidade do underflow é 1240 kgm³ e a temperatura de operação do espessador é 25C A altura da região de líquido clarificado é de 60cm Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 4 de 4 O ensaio de proveta realizado previamente fornece a curva ilustrada na Figura 2 Figura 2 Curva de Sedimentação Formulações necessárias L Aproj zo t min H 24 3 Lacat A ρs ρsρf ρespρf H 37 310 2D Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 1 de 3 Curso Engenharia de Minas Disciplina Aglomeração Desaguamento e Tratamento Olá A seguir são apresentadas questões discursivas sobre todo o assunto abordado na disciplina Para respondêlas consultem o conteúdo da disciplina fornecido os materiais de apoio as leituras e vídeos da sala de aula e dos estudos complementares Orientações A atividade de recuperação vale 50 pontos As questões discursivas devem ser redigidas pelo aluno e devidamente referenciadas As citações e referências devem seguir o que preconizam a ABNT NBR 6023 e a ABNT NBR 10520 Atividades com altos índices de plágio conforme Manual do Aluno devem ser reprovadas Todos os cálculos necessários à resolução da atividade devem estar elucidados em cada questão e podem ser feitos a mão e digitalizados A atividade deve ser entregue em apenas um arquivo em formato pdf docx ou similar QUESTÃO 1 200 PONTOS Desejase utilizar um filtro com 25 m de diâmetro e 25 m de altura para separar um sólido de uma suspensão Este filtro pode operar com 75 de sua superfície filtrante submersa e na rotação de 03 rpm Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 2 de 3 Propriedades da água ρf1 gcm³ μf 09cP Densidade do sólido ρs224gcm³ Concentração da suspensão 210 g de sólidoL de suspensão Calcule o volume de filtrado e a capacidade de filtração admitindose que o filtro possa operar sob uma queda de pressão de 085 atm α1331010 cmg A resistência do meio filtrante é Rm275 109 cm1 Formulações necessárias t V μf Ap αV ρf c 2 A Rm CfV t QUESTÃO 2 300 PONTOS Para um filtro prensa com elementos de metal para a filtração de 9 m³h de uma suspensão aquosa de Na2CO3 especifique a espessura da torta Propriedades da água ρf 1 gcm3 μf 08 cP Densidade do CaCO3 ρs 21 gcm3 Concentração da suspensão 60 g de Na2CO3L de água Propriedades da torta 04 Δp 6 atm α 1271010Δp033 cmg p em atm εs 0262 291102 Δp p em atm Condições operacionais na filtração e na lavagem Δp3 atm A lavagem deve ser efetuada com volume de água uma vez e meia maior que o volume da torta Tempo de desmantelamento limpeza e montagem 25 minutos Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 3 de 3 Determine a Os parâmetros tempo de filtração tempo do ciclo completo volume do filtrado área e filtração em função de uma espessura da torta prédefinida b Escolha um filtro de Shiver Tabela 1 e determine a dimensão nominal dos elementos a área filtrante efetiva por quadro e o número de quadros Tabela 1 Filtro prensa Shriver Formulações necessárias t f1 8 μf α εs 2 ρs 2e 2 ρf c p t l6 β ρf ct f εs ρs P V f t ft lt d c ε s ρsV t ρf V f V t A 2 e Disciplina Concentração Gravítica e Separação Magnética Identificação da tarefa Atividade 2 Envio de arquivo Questão 1 A respeito da obra Separação magnética de ustulado de minério hematítico de Pedro Henrique Neuppmann disponível na seção de materiais complementares Discorra sobre os métodos aplicados pelo autor de caracterização as amostras de ensaio de ustulação e sobre os métodos de ensaio de concentração magnética Questão 2 Desejase separar magnetita de bauxita utilizando um separador de imã suspenso Considere que a separação ocorrerá em um meio cuja suscetibilidade magnética é desprezível e que a única força atuante nas partículas além da força magnética é a força da gravidade Qual deverá ser o intervalo que o valor do gradiente de campo magnético que deverá ser gerado considerando que o gradiente campo magnético varia apenas na direção vertical para que as partículas de magnetita sejam separadas das partículas de bauxita Dados k magnetita1810 4 Dmagnetita00049m ρmagnetita518gcm 3 φmagnetita1 k bauxita2110 5 Dbauxita00058m ρbauxita307 gcm 3 φbauxita1 μ04 π 10 7Hm g98m s B008T Figura 1 Esquema de forças atuantes nas partículas de minerais a serem separados Fonte httpswwwyoutubecomwatchvaPRwZiHTzo4 Modificada Questão 3 A partir do estudo de COSTA 2014 Estudo comparativo entre os separadores magnéticos Jones e o vertical pulsante de alto gradiente disponível na seção de materiais complementares cite e explique a principal diferença entre os separadores Slon e Jones e aponte as vantagens do separador Slon em relação ao Jones Disciplina Concentração Gravítica e Separação Magnética Identificação da tarefa Atividade 1 Envio de arquivo Questão 1 Na concentração gravítica o equipamento de mecanismo mais complexo é o jigue por conta das variações hidrodinâmicas contínuas Considere uma mistura de dois minerais homogênea cujo peso das partículas mais leves é igual a 20 kg e das mais pesadas é igual a 35 kg esquematizada na Figura 1 antes e após a separação em um jigue Responda o que for pedido A altura total do sistema é igual a 2 m Equações a Calcule a energia potencial do sistema antes da separação dos minerais b Calcule a energia potencial do sistema após a separação total dos minerais c A diferença de energia potencial no sistema é positiva ou negativa Explique o porquê desse resultado Questão 2 Calcule a velocidade relativa com que uma partícula de pirocloro ρp3500kgm 3 se desloca na água e identifique o regime de escoamento da partícula fluindo na água Primeiramente utilize a abordagem do número adimensional de Arquimedes para calcular o valor da velocidade relativa de entrada para depois calcular pela abordagem paramétrica Dados 15m 2 m d p00008 m ρp3500kgm 3 ρf997 kgm 3 μf100210 3Pas g98m s 2 φ p1 Questão 3 Em uma operação de concentração desejase concentrar partículas de ouro ρo193 gcm 3 dos demais minerais presentes na polpa com densidade ρp31 gcm 3 e viscosidade μ00041Pas Como a granulometria do material é mais fina optouse por usar o concentrador centrífugo Com os dados abaixo calcule qual será a taxa de alimentação para que ocorra a separação das partículas de ouro OBS ATENÇÃO ÀS UNIDADES Dados da Centrífuga r10008m r20025m Altura b02m N15000 rpm D pc23 μm Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 1 de 8 Curso Engenharia de Minas Disciplina Aglomeração Desaguamento e Tratamento Olá A seguir são apresentadas questões discursivas sobre todo o assunto abordado na disciplina Para respondêlas consultem o conteúdo da disciplina fornecido os materiais de apoio as leituras e vídeos da sala de aula e dos estudos complementares Orientações A atividade de recuperação vale 50 pontos As questões discursivas devem ser redigidas pelo aluno e devidamente referenciadas As citações e referências devem seguir o que preconizam a ABNT NBR 6023 e a ABNT NBR 10520 Atividades com altos índices de plágio conforme Manual do Aluno devem ser reprovadas Todos os cálculos necessários à resolução da atividade devem estar elucidados em cada questão e podem ser feitos a mão e digitalizados A atividade deve ser entregue em apenas um arquivo em formato pdf docx ou similar Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 2 de 8 QUESTÃO 1 200 PONTOS Desejase utilizar um filtro com 25 m de diâmetro e 25 m de altura para separar um sólido de uma suspensão Este filtro pode operar com 75 de sua superfície filtrante submersa e na rotação de 03 rpm Propriedades da água ρf1 gcm³ μf 09cP Densidade do sólido ρs224gcm³ Concentração da suspensão 210 g de sólidoL de suspensão Calcule o volume de filtrado e a capacidade de filtração admitindose que o filtro possa operar sob uma queda de pressão de 085 atm α1331010 cmg A resistência do meio filtrante é Rm275 109 cm1 Formulações necessárias t V μf Ap αV ρf c 2 A Rm CfV t Resposta A fórmula para a vazão volumétrica de filtração v é dada por vA Δ p μ α V p ρcRm E a capacidade de filtração Cf é dada por Cfv t Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 3 de 8 onde μ é a viscosidade do fluido A é a área da superfície filtrante Δp é a queda de pressão α é a resistividade específica da torta Vp é o volume de poros do meio filtrante ρc é a concentração de sólidos na suspensão Rm é a resistência do meio filtrante V é o volume de filtrado e t é o tempo de filtração Assim Diâmetro do filtro d 25 m Altura do filtro h 25 m Área da superfície filtrante 75 da área total do cilindro Viscosidade da água μ 09 cP ou 09 x 103 Pas Densidade do sólido ρs 224 gcm³ Concentração da suspensão ρc 210 gL Queda de pressão Δp 085 atm ou 859625 kPa Resistividade específica da torta α 133 x 1010 cmg Resistência do meio filtrante Rm 275 x 109 cm1 Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 4 de 8 Primeiro calculase a área da superfície filtrante Depois usaremos os valores para encontrar o volume de filtrado e a capacidade de filtração Com as suposições feitas e os valores fornecidos calculamos que A vazão volumétrica de filtração v é aproximadamente 292109 cm³s A capacidade de filtração Cf assumindo um tempo de filtração de 1 hora é aproximadamente 1051013 cm³h Uma observação interessante a ser feita é que na prática a porosidade do meio filtrante e o tempo de filtração seriam determinados experimentalmente ou especificados pelo fabricante do equipamento Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 5 de 8 QUESTÃO 2 300 PONTOS Para um filtro prensa com elementos de metal para a filtração de 9 m³h de uma suspensão aquosa de Na2CO3 especifique a espessura da torta Propriedades da água ρf 1 gcm3 μf 08 cP Densidade do CaCO3 ρs 21 gcm3 Concentração da suspensão 60 g de Na2CO3L de água Propriedades da torta 04 Δp 6 atm α 1271010Δp033 cmg p em atm εs 0262 291102 Δp p em atm Condições operacionais na filtração e na lavagem Δp3 atm A lavagem deve ser efetuada com volume de água uma vez e meia maior que o volume da torta Tempo de desmantelamento limpeza e montagem 25 minutos Determine a Os parâmetros tempo de filtração tempo do ciclo completo volume do filtrado área e filtração em função de uma espessura da torta prédefinida b Escolha um filtro de Shiver Tabela 1 e determine a dimensão nominal dos elementos a área filtrante efetiva por quadro e o número de quadros Tabela 1 Filtro prensa Shriver Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 6 de 8 Formulações necessárias t f1 8 μf α εs 2 ρs 2e 2 ρf c p t l6 β ρf ct f εs ρs P V f t ft lt d c ε s ρsV t ρf V f V t A 2 e Resposta Os parâmetros pedidos na questão são Tempo de filtração tf Tempo do ciclo completo tl Volume de filtrado Vf Área de filtração A Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 7 de 8 Seguindo as equações dadas pelo próprio enunciado onde as variáveis são definidas como μf viscosidade do filtrado α resistividade específica da torta εs porosidade da torta ρs densidade do sólido ρf densidade do fluido c concentração da suspensão Δp queda de pressão β fator de proporcionalidade tf tempo de filtração tl tempo do ciclo completo td tempo de desmantelamento limpeza e montagem Vf volume de filtrado Vt volume total A área de filtração e espessura da torta Para escolher um filtro de acordo com a tabela fornecida precisamos calcular a área de filtração efetiva e com base nessa área determinar a dimensão nominal dos elementos do filtro Utilizando as equações fornecidas e os dados do problema calculamos os seguintes resultados Parâmetros de filtração Tempo de filtração tf 0000667 segundos Tempo do ciclo completo tl 0437 segundos Volume de filtrado Vf calculado com base na vazão de 9 m³h 150 m³ considerando o período de 1 hora para a vazão dada Área de filtração A 750 m² Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 8 de 8 Escolha do filtro Com base na área de filtração calculada devemos escolher um filtro com a área filtrante efetiva mais próxima possível de 750m2 A Tabela 1 nos dá as opções de filtros e suas áreas filtrantes efetivas por quadro Vamos determinar o número de quadros necessários para atingir a área de filtração desejada e a dimensão nominal dos elementos do filtro De acordo com a tabela fornecida levando em conta a área de filtração efetiva por quadro e a dimensão nominal dos elementos do filtro temse Para a escolha do filtro com base na área de filtração de 750 m² determinamos que A área filtrante efetiva por quadro para um filtro de metal de 48 in é 27 m² O número de quadros necessário para atingir a área de filtração desejada é 278 quadros Portanto para um filtro de prensa com quadros de 48 in seriam necessários 278 Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 1 de 8 Curso Engenharia de Minas Disciplina Aglomeração Desaguamento e Tratamento Olá A seguir são apresentadas questões discursivas sobre todo o assunto abordado na disciplina Para respondêlas consultem o conteúdo da disciplina fornecido os materiais de apoio as leituras e vídeos da sala de aula e dos estudos complementares Orientações A atividade de recuperação vale 50 pontos As questões discursivas devem ser redigidas pelo aluno e devidamente referenciadas As citações e referências devem seguir o que preconizam a ABNT NBR 6023 e a ABNT NBR 10520 Atividades com altos índices de plágio conforme Manual do Aluno devem ser reprovadas Todos os cálculos necessários à resolução da atividade devem estar elucidados em cada questão e podem ser feitos a mão e digitalizados A atividade deve ser entregue em apenas um arquivo em formato pdf docx ou similar Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 2 de 8 QUESTÃO 1 100 PONTOS Determine o valor do diâmetro das menores partículas que são coletadas com eficiência de 100 no ciclone esquematizado na Figura 1 abaixo Figura 1 Trajetória da menor partícula separada com eficiência de 100 no ciclone Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 3 de 8 Dados Propriedades do líquido água a 20C ρf 1000 kgm³ e μf 103 Pas1 Densidade das partículas sólidas ρs 1900 kgm³ Dimensões do ciclone R 30 mm Ri 12 mm Ro 6 mm L 360 mm Vazão de líquido na alimentação Q 10 m³h Intensidade média do campo centrífugo estimado em 10 g São feitas as seguintes considerações I a suspensão é diluída não sendo necessário levar em conta os efeitos da concentração na separação das partículas II as partículas são esféricas e prevalece o regime de Stokes III o tempo de residência das partículas no ciclone é igual ao tempo de residência médio do fluido na zona de separação Formulações necessárias t R π R 2Ro 2L Q 2Ri ρsρf b 1 ε f 183 Dp 2 18 μf ε f ρf C ρs ρf ρf Resposta Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 4 de 8 Calculando o diâmetro das menores partículas que são coletadas com eficiência de 100 no ciclone utilizando as equações de balanço de forças e o tempo de residência das partículas As equações fornecidas para o tempo de residência tR e a eficiência de corte εf são t R π R 2r0 2 L Q ϵ f ρf c ρf ρs ρf c ρf Para partículas com eficiência de coleta de 100 a eficiência de corte εf é 1 então a fórmula pode ser rearranjada para resolver o diâmetro da partícula Dp Dp 2Ri ρsρf g 18μf ϵ f 1 183 O diâmetro das menores partículas coletadas com eficiência de 100 no ciclone é aproximadamente 34293 μm Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 5 de 8 QUESTÃO 2 100 PONTOS De acordo com o resultado do exercício anterior Questão 1 determine o novo diâmetro crítico para uma concentração de sólidos de C 80gL Resposta Calculando o novo diâmetro crítico temse D pc D p C C0 34293 80 100 38341μm Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 6 de 8 QUESTÃO 3 300 PONTOS Dimensione um espessador do tipo DorrOliver para operar com 1100 m³h de uma polpa de finos do mineral 35μm cuja concentração de sólidos na alimentação é igual a 25 e a concentração desejada para o underflow é de 60 A densidade do sólido é 2400 kgm³ densidade do underflow é 1240 kgm³ e a temperatura de operação do espessador é 25C A altura da região de líquido clarificado é de 60cm O ensaio de proveta realizado previamente fornece a curva ilustrada na Figura 2 Figura 2 Curva de Sedimentação Formulações necessárias L Aproj zo t min H 24 3 Lacat A ρs ρsρf ρespρf H 37 310 2D Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 7 de 8 Resultado 1 Cálculo da Área Projetada LAproj Dado que z0 é a altura da região de líquido clarificado e tmin é o tempo mínimo de residência L A proj z0 t min 2 Cálculo da Altura da Zona de Compressão H2 Usando a equação fornecida H 24 3 Lacat A ρs ρsρf ρespρf onde L é a carga de sólidos conhecida ou calculada a partir dos dados da alimentação e da concentração desejada ac é a área da seção transversal do cilindro t é o tempo Aproj é a área projetada do espessador calculada anteriormente ρs é a densidade dos sólidos ρf é a densidade do fluido água na maioria dos casos ρesp é a densidade da suspensão no espessador 3 Cálculo da Altura da Zona de Clarificação H3 Atividade de Recuperação Professor Laoana Mendes Projeto CEENG Data 12112020 Versão 01 Página 8 de 8 A equação fornecida para H3 é H 37 310 2D onde D é o diâmetro do espessador Para calcular H2 e H3 precisamos dos valores de z0 tmin L ρs ρf ρesp e D Alguns desses valores são fornecidos diretamente no enunciado ou podem ser determinados a partir dos dados fornecidos como a curva de sedimentação Vou prosseguir com os cálculos usando os dados disponíveis Densidade do sólido ρs 2400 kgm³ Densidade do fluido ρf 1240 kgm³ Densidade da suspensão no espessador ρesp Densidade da polpa A altura da zona de compressão H2 é aproximadamente 70006 metros A altura da zona de clarificação H3 é 365 metros Disciplina Concentração Gravítica e Separação Magnética Identificação da tarefa Atividade 2 Envio de arquivo Questão 1 A respeito da obra Separação magnética de ustulado de minério hematítico de Pedro Henrique Neuppmann disponível na seção de materiais complementares Discorra sobre os métodos aplicados pelo autor de caracterização as amostras de ensaio de ustulação e sobre os métodos de ensaio de concentração magnética Resposta Métodos de Caracterização das Amostras Granulometria do minério e do coque Utilização de peneiramento para determinar a distribuição granulométrica Modelos de distribuição granulométrica Testados RosinRammler HillHarris GatesGaudinSchumann e GaudinMeloy para adequação ao material analisado Picnometria a gás Realização de ensaios para determinar a massa específica do minério e do coque Métodos de Ensaio de Ustulação Avaliação da perda de massa devido à redução da hematita em magnetita e liberação de CO2 Influência das variáveis como temperatura proporção de carvão e tempo na perda de massa e na formação de orifícios de saída de gás observados nos ensaios Métodos de Ensaio de Concentração Magnética Utilização de um separador magnético de alta intensidade para a separação de espécies minerais com base em propriedades magnéticas Ajuste de uma curva Sigmoidal para definir a relação entre a amperagem e o campo magnético induzido pelo equipamento Os ensaios de separação magnética foram conduzidos com uma faixa de campos magnéticos para entender o comportamento do minério sob diferentes condições operacionais Avaliação da influência da granulometria na recuperação mássica e identificação de um ponto ótimo para a granulometria em torno de 200 µm Testes estatísticos para analisar a correlação entre amostras ustuladas e naturais Questão 2 Desejase separar magnetita de bauxita utilizando um separador de imã suspenso Considere que a separação ocorrerá em um meio cuja suscetibilidade magnética é desprezível e que a única força atuante nas partículas além da força magnética é a força da gravidade Qual deverá ser o intervalo que o valor do gradiente de campo magnético que deverá ser gerado considerando que o gradiente campo magnético varia apenas na direção vertical para que as partículas de magnetita sejam separadas das partículas de bauxita Dados k magnetita1810 4 Dmagnetita00049m ρmagnetita518gcm 3 φmagnetita1 k bauxita2110 5 Dbauxita00058m ρbauxita307 gcm 3 φbauxita1 μ04 π 10 7Hm g98m s B008T Figura 1 Esquema de forças atuantes nas partículas de minerais a serem separados Fonte httpswwwyoutubecomwatchvaPRwZiHTzo4 Modificada Resposta A força magnética que atua sobre uma partícula em um campo magnético é dada por FmagV ρ partıˊculaρfluido g onde V é o volume da partícula ρ partıˊcula é a densidade da partícula ρfluido é a densidade do fluido neste caso desprezível já que estamos tratando de um meio cuja susceptibilidade magnética é desprezível e g é a aceleração devido à gravidade A força magnética também pode ser expressa em função do gradiente de campo magnético dBdx e do volume da partícula V da susceptibilidade magnética χ da permeabilidade do vácuo μ0 e da intensidade do campo magnético B como FmagV χ dBdx B Para que as partículas de magnetita sejam separadas da bauxita a força magnética deve ser maior que a força gravitacional atuando sobre a partícula de magnetita Portanto precisamos resolver a seguinte inequação para o gradiente de campo magnético dBdx ρmagnetitaV magnetita g χ magnetitaV magnetitadBdx B Simplificando temos dB dx ρmagnetita g Xmagnetita B Vamos calcular o valor mínimo do gradiente de campo magnético dBdx necessário para a separação considerando que o volume da partícula de magnetita é dado por 4 3 π r 3onde r é o raio da partícula O valor mínimo do gradiente de campo magnético necessário para separar as partículas de magnetita da bauxita é aproximadamente 352527778 Tm teslas por metro Esse valor indica o gradiente de campo magnético que deve ser gerado verticalmente para que a força magnética seja suficiente para superar a força gravitacional atuando sobre as partículas de magnetita permitindo assim a separação efetiva das partículas de bauxita Questão 3 A partir do estudo de COSTA 2014 Estudo comparativo entre os separadores magnéticos Jones e o vertical pulsante de alto gradiente disponível na seção de materiais complementares cite e explique a principal diferença entre os separadores Slon e Jones e aponte as vantagens do separador Slon em relação ao Jones Resposta Baseado no texto Estudo comparativo entre os separadores magnéticos Jones e o vertical pulsante de alto gradiente de Costa 2014 as principais diferenças e vantagens do separador SLon em relação ao separador Jones são Principais Diferenças O SLon é um separador magnético de alto gradiente que utiliza um campo magnético vertical e uma pulsação de água para melhorar a eficiência da separação O Jones é um separador magnético tradicional que usa um campo magnético horizontal Vantagens do Separador SLon Menor probabilidade de entupimento das matrizes graças ao sistema de pulsação que mantém a matriz limpa Maior força magnética sobre as partículas devido à orientação e ao movimento vertical Melhor desempenho em termos de eficiência operacional e recuperação de ferro Alta disponibilidade operacional de 98 99 indicando menos tempo de inatividade para manutenção em comparação com o WHIMS O consumo de água e energia é semelhante entre os dois separadores mas SLon oferece uma recuperação mais elevada do concentrado A escolha entre um separador SLon e um Jones dependerá das especificidades do minério a ser processado mas o SLon oferece vantagens significativas em termos de eficiência e manutenção operacional que podem ser cruciais para a operação econômica de uma planta de processamento Disciplina Concentração Gravítica e Separação Magnética Identificação da tarefa Atividade 1 Envio de arquivo Questão 1 Na concentração gravítica o equipamento de mecanismo mais complexo é o jigue por conta das variações hidrodinâmicas contínuas Considere uma mistura de dois minerais homogênea cujo peso das partículas mais leves é igual a 20 kg e das mais pesadas é igual a 35 kg esquematizada na Figura 1 antes e após a separação em um jigue Responda o que for pedido A altura total do sistema é igual a 2 m Equações a Calcule a energia potencial do sistema antes da separação dos minerais b Calcule a energia potencial do sistema após a separação total dos minerais c A diferença de energia potencial no sistema é positiva ou negativa Explique o porquê desse resultado Resposta Antes da separação As partículas leves e pesadas estão misturadas então o centro de massa do sistema será a média ponderada das alturas dos centros de massa de cada tipo de partícula O centro de massa das partículas leves está a 15 m de altura já que ocupam toda a altura do jigue 15m 2 m O centro de massa das partículas pesadas está a 05 m de altura no meio da sua altura de 1 m A altura total do sistema é 2 m mas para o cálculo do centro de massa utilizaremos as alturas dos centros de massa de cada tipo de partícula Após a separação As partículas leves ocupam a parte superior do sistema e têm seu centro de massa a 175 m meio da altura de 15 m que ocupam após a separação As partículas pesadas ocupam a parte inferior e têm seu centro de massa a 025 m de altura meio da altura de 05 m que ocupam após a separação Sabendo que a energia potencial gravitacional é dada por Epmgh sendo g aproximadamente 981 ms² temse a A energia potencial do sistema antes da separação dos minerais é 465975 J b A energia potencial do sistema após a separação total dos minerais é 4291875 J c A diferença entre a energia potencial no sistema é negativa com um valor de aproximadamente 367875 J o que indica que a energia diminui após a separação Isso ocorre pelo fato de as partículas mais pesadas se deslocarem para uma posição mais baixa reduzindo o centro de massa do sistema como um todo Uma vez que a energia potencial gravitacional depende da altura do centro de massa de um objeto em relação à um ponto de referência uma diminuição na altura do centro de massa leva a uma diminuição na energia potencial Questão 2 Calcule a velocidade relativa com que uma partícula de pirocloro ρp3500kgm 3 se desloca na água e identifique o regime de escoamento da partícula fluindo na água Primeiramente utilize a abordagem do número adimensional de Arquimedes para calcular o valor da velocidade relativa de entrada para depois calcular pela abordagem paramétrica Dados d p00008 m ρp3500kgm 3 ρf997 kgm 3 μf100210 3Pas g98m s 2 φ p1 Resposta A velocidade relativa pode ser calculada usando a lei de Stokes que é aplicável para o regime de escoamento laminar e a fórmula para o número adimensional de Arquimedes que é usada para determinar o regime de escoamento O número de Arquimedes Ar é dado por Ard p 3 g ρpρf μf 2 Para o regime laminar a velocidade relativa v pode ser obtida pela lei de Stokes vd p 2 gρ pρf 18 μf Vamos calcular o número de Arquimedes primeiro para verificar o regime de escoamento e se for laminar usaremos a lei de Stokes para encontrar a velocidade relativa O número de Arquimedes Ar calculado é aproximadamente 1251 o que indica um regime de escoamento laminar já que Ar 2000 Para este regime laminar a velocidade relativa v da partícula de pirocloro se deslocando na água calculada pela lei de Stokes é aproximadamente 0870ms Questão 3 Em uma operação de concentração desejase concentrar partículas de ouro ρo193 gcm 3 dos demais minerais presentes na polpa com densidade ρp31 gcm 3 e viscosidade μ00041Pas Como a granulometria do material é mais fina optouse por usar o concentrador centrífugo Com os dados abaixo calcule qual será a taxa de alimentação para que ocorra a separação das partículas de ouro OBS ATENÇÃO ÀS UNIDADES Dados da Centrífuga r10008m r20025m Altura b02m N15000 rpm D pc23 μm Resposta Para calcular a taxa de alimentação em uma operação de concentração usando uma centrífuga precisamos calcular a velocidade com que as partículas de ouro se moverão sob a ação da força centrífuga Com a velocidade calculada podemos então determinar qual deve ser a taxa de alimentação para que as partículas de ouro atinjam o raio externo da centrífuga e sejam separadas dos outros minerais A força centrífuga que atua sobre uma partícula é equilibrada pela força de arrasto viscoso quando a partícula atinge sua velocidade terminal Para uma partícula esférica em um fluido a força de arrasto viscoso é dada pela Lei de Stokes como Fd6 π μr vt A força centrífuga é dada por Fcm ω 2 r Igualando as duas forças e resolvendo para a velocidade terminal vt temos vtm ω 2r 6 π μr A massa m da partícula de ouro pode ser expressa em termos de sua densidade e seu volume que é 4 3 π r 3 para uma esfera Substituindo a massa na equação da velocidade terminal obtemos vt2r 2ρoω 2 9 μ Agora podemos calcular a velocidade angular ω em rads e em seguida usar essas informações para encontrar a velocidade terminal vt das partículas de ouro Com a velocidade terminal podemos estimar a taxa de alimentação necessária para que as partículas de ouro atinjam o raio r2 A taxa de alimentação dependerá do volume de polpa que pode passar pela centrífuga em um dado tempo enquanto as partículas de ouro se deslocam do raio r1 para o raio r2 A velocidade terminal vt das partículas de ouro na centrífuga é de aproximadamente 34135ms O tempo necessário para que uma partícula de ouro se desloque do raio interno r1 para o raio externo r2 é de aproximadamente 498105s Com base neste tempo e no volume da centrífuga a taxa de alimentação necessária para permitir que as partículas de ouro atinjam o raio externo é de aproximadamente 708 m3s É importante observar que essa taxa de alimentação é teórica e assume que a única resistência ao movimento da partícula é a viscosidade do fluido e que a partícula se move à velocidade terminal instantaneamente Na prática outros fatores podem influenciar a taxa de alimentação necessária como a interação entre partículas a turbulência dentro da centrífuga e o tempo necessário para alcançar a velocidade terminal Portanto essa taxa de alimentação deve ser ajustada com base na experiência prática e nos testes de desempenho da centrífuga SEPARAÇÃO MAGNÉTICA DE USTULADO DE MINÉRIO HEMATÍTICO PEDRO HENRIQUE NEUPPMANN OURO PRETO 2016 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS i PEDRO HENRIQUE NEUPPMANN SEPARAÇÃO MAGNÉTICA DE USTULADO DE MINÉRIO HEMATÍTICO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto como requisito para graduação em Engenharia de Minas Orientador José Aurélio Medeiros da Luz OURO PRETO 2016 ii SEPARAÇÃO MAGNÉTICA DE USTULADO DE MINÉRIO HEMATÍTICO Autor Pedro Henrique Neuppmann Este Trabalho de Conclusão de Curso foi apresentado e aprovado dia 25 de Novembro de 2016 pela banca examinadora composta pelos seguintes membros Prof Dr José Aurélio Medeiros da Luz Orientador UFOP Marcus Alexandre de Carvalho Winitskowski da Silveira Membro UFOP Felipe de Orquiza Milhomem Membro UFOP iii AGRADECIMENTOS Ao Prof José Aurélio Medeiros da Luz pela orientação e pelos conselhos durante a elaboração deste trabalho Aos técnicos do Laboratório de Tratamento de Minérios do DEMIN Departamento de Engenharia de Minas Antônio Pedro de Freitas Luiz Cláudio do Sacramento e Mariana Caroline Andrade Silva pelas contribuições na realização de todos os ensaios e na preparação das amostras Ao técnico do Laboratório de Metalografia e Tratamentos Térmicos do DEMET Departamento de Engenharia Metalúrgica Graciliano Dimas Francisco e ao Prof Geraldo Lúcio de Faria pelo auxílio nos ensaios de ustulação e por toda disponibilidade na realização dos mesmos Aos membros da banca examinadora Felipe de Orquiza Milhomem e Marcus Alexandre de Carvalho Winitskowski da Silveira por aceitarem o convite e por tantas sugestões adicionais a esse trabalho v RESUMO O presente trabalho consiste na avaliação do processo de ustulação redutora superficial de um minério de ferro hematítico visando ao melhor desempenho na separação magnética A transformação da hematita em magnetita é extremamente proveitosa para a concentração mineral pois facilita a separação entre as fases minerais e viabiliza a utilização da separação magnética de baixo gradiente É apresentada também uma breve revisão sobre a mineralogia dos minérios de ferro brasileiros e sobre os métodos de concentração mais utilizados no Brasil atualmente Inicialmente foi realizada uma caracterização do minério e do coque visando determinar a distribuição granulométrica dos produtos e a análise de teor para cada faixa de tamanho O tempo de queima temperatura de queima e percentagem de carvão adicionado foram analisadas em diversos níveis Os dados foram analisados em seguida sendo possível indicar qual o melhor resultado e analisar se a rota alternativa proposta possui melhor aproveitamento que a rota convencional Todos os parâmetros ocasionaram um aumento da perda de massa ou seja a transformação de hematita em magnetita ocorreu e o melhor resultado foi obtido na temperatura de 750º no tempo de 35 minutos e com 10 de carvão adicionado Esses parâmetros aumentaram a recuperação mássica em 53 para o campo de 093 T e em 2403 para o campo de 006 T O magnetismo gerado pelo processo de ustulação é notado visualmente pela presença de um imã de mão Os ensaios de separação magnética e a preparação das amostras foram realizados no Laboratório de Tratamento de Minérios do DEMIN Departamento de Engenharia de Minas enquanto os ensaios de ustulação foram realizados no Laboratório de Metalografia e Tratamentos Térmicos do DEMET Departamento de Engenharia Metalúrgica ambos da Universidade Federal de Ouro Preto UFOP Palavraschave Minério de Ferro Hematítico Ustulação Redutora Superficial Separação Magnética vi ABSTRACT The present study consists in the evaluation of the process of magnetic roasting of a hematitic iron ore aiming at the best performance in the magnetic separation The transformation of hematite into magnetite is extremely useful for the mineral concentration since facilitates the separation between the mineral phases and allows the use of low gradient magnetic separation A brief review is presented on the mineralogy of Brazilian iron ore and on the most used concentration methods in Brazil today Initially a characterization of the ore and coke was carried out aiming to determine the granulometric distribution of the products and the content analysis for each size range The firing time firing temperature and percentage of charcoal added were analyzed at several levels The data were analyzed afterwards being possible to indicate the best result and to analyze if the proposed route has better use than the conventional route All the parameters caused an increase in loss of mass the transformation of hematite into magnetite occurred and the best results was obtained at the temperature of 750º in the time of 35 minutes and with 10 of coal added These parameters increased the mass recovery by 53 for the field of 093 T and by 2403 for the field of 006 T The magnetism generated by the roasting process is visually noticed by the presence of a magnet of hand The magnetic separation tests and the preparation of the samples were carried out in the Laboratório de Tratamento de Minérios of DEMIN Departamento de Engenharia de Minas while the roasting tests were carried out in the Laboratório de Metalografia e Tratamentos Térmicos of DEMET Departamento de Engenharia Metalúrgica both of the Universidade Federal de Ouro Preto UFOP Keywords Hematitic Iron Ore Magnetic Roasting Magnetic Separation vii LISTA DE FIGURAS FIGURA 1 MECANISMO DE JIGAGEM 3 FIGURA 2 CONCENTRADOR HELICOIDAL DE HUMPHREYS 4 FIGURA 3 MESA VIBRATÓRIA 4 FIGURA 4 EQUIPAMENTOS DE SEPARAÇÃO MAGNÉTICA ADAPTADO DE MULAR HALBE BARRATT 2002 6 FIGURA 5 SEPARADOR MAGNÉTICO DE TAMBOR FRANÇA LUZ SAMPAIO 2007 7 FIGURA 6SUSCEPTIBILIDADE MAGNÉTICA DOS MINERAIS BRUMATTI2008 8 FIGURA 7 VARIAÇÃO DE SUSCEPTIBILIDADE MAGNÉTICA DE ACORDO COM A COMPOSIÇÃO MINERALÓGICA ADAPTADO DE HROUDA CHLUPACOVA 2009 9 FIGURA 8 RECUPERAÇÃO MÁSSICA ADAPTADO DE GOMES 2009 9 FIGURA 9 ESTÁGIOS DE REDUÇÃO DOS MINÉRIOS DE FERRO 12 FIGURA 10 MUFLA UTILIZADA 18 FIGURA 11 CURVA GRANULOMÉTRICA DOS INSUMOS 19 FIGURA 12 SEPARADOR MAGNÉTICO DE ALTA INTENSIDADE WHIMS CATÁLOGO EQUIPAMENTO 20 FIGURA 13 RELAÇÃO AMPERAGEM CAMPO MAGNÉTICO 21 FIGURA 14 FLUXOGRAMA ROTA DE PROCESSO 22 FIGURA 15 CURVA GRANULOMÉTRICA MINÉRIO 23 FIGURA 16 CURVA GRANULOMÉTRICA COQUE 23 FIGURA 17 MODELOS DE DISTRIBUIÇÕES GRANULOMÉTRICAS MINÉRIO 24 FIGURA 18 MODELOS DE DISTRIBUIÇÕES GRANULOMÉTRICAS COQUE 25 FIGURA 19 DISTRIBUIÇÃO DE TEORES POR FAIXA GRANULOMÉTRICA 26 FIGURA 20 VARIÁVEIS PERDA DE MASSA 28 FIGURA 21 ORIFÍCIOS DE SAÍDA DE GÁS 29 FIGURA 22 INFLUÊNCIA DO TAMANHO DE PARTÍCULA NA SEPARAÇÃO MAGNÉTICA 30 FIGURA 23 COMPARATIVO NATURAL X USTULADO 32 FIGURA 24 INFLUÊNCIA DA PERCENTAGEM DE CARVÃO 32 FIGURA 25 INFLUÊNCIA DO TEMPO 33 FIGURA 26 INFLUÊNCIA DA TEMPERATURA 33 FIGURA 27 MELHORES RESULTADOS 34 FIGURA 28 RECUPERAÇÃO MÁSSICA EM FUNÇÃO DO TEMPO E DA DE CARVÃO PARA OS CAMPOS 34 FIGURA 29 REDUÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO 35 FIGURA 30 MAGNETISMO RESULTANTE DA USTULAÇÃO 35 FIGURA 31 MICROGRAFIAS DOS PRODUTOS OBTIDOS A CONCENTRADO 006T BREJEITO NÃO MAGNÉTICO 36 FIGURA 32 ANÁLISE DOS ERROS OBTIDOS NOS ENSAIOS 36 TABELA 1 PANORAMA DA SEPARAÇÃO MAGNÉTICA NO BRASIL 7 TABELA 2 COMPOSIÇÃO MINERALÓGICA 9 TABELA 3 SUSCEPTIBILIDADE MAGNÉTICA DOS MINERAIS 10 TABELA 4 FORÇA MAGNÉTICA PARA AMOSTRAS DE DIVERSOS MINERAIS 11 TABELA 5 CONTEÚDO METÁLICO DOS MINÉRIOS DE FERRO 12 TABELA 6 VARIÁVEIS DE USTULAÇÃO 13 TABELA 7 VARIÁVEIS ENSAIADAS 18 TABELA 8 TESTES 750º C 19 TABELA 9 DISTRIBUIÇÕES GRANULOMÉTRICAS MINÉRIO 24 TABELA 10 DISTRIBUIÇÕES GRANULOMÉTRICAS COQUE 25 TABELA 11 PICNOMETRIA A GÁS 26 TABELA 12 USTULAÇÃO 27 TABELA 13 DADOS DA EQUAÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO 30 TABELA 14 SEPARAÇÃO MAGNÉTICA 31 viii SUMÁRIO 1 OBJETIVOS 1 A OBJETIVOS GERAIS 1 B OBJETIVOS ESPECÍFICOS 1 2 INTRODUÇÃO 2 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 3 A MÉTODOS DE CONCENTRAÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO 3 B PROPRIEDADES MAGNÉTICAS DOS MINERAIS 8 C MINÉRIOS FINOS E ULTRAFINOS 11 D MINERALOGIA DOS MINÉRIOS DE FERRO 11 E REDUÇÃO DOS ÓXIDOS DE FERRO 12 F USTULAÇÃO REDUTORA SUPERFICIAL 13 4 METODOLOGIA 16 A CARACTERIZAÇÃO E PREPARAÇÃO DA AMOSTRA 16 B ENSAIOS DE USTULAÇÃO 18 C ENSAIOS DE SEPARAÇÃO MAGNÉTICA 20 5 RESULTADOS 23 A CARACTERIZAÇÃO DAS AMOSTRAS 23 B ENSAIOS DE USTULAÇÃO 27 C ENSAIOS DE SEPARAÇÃO MAGNÉTICA 29 6 CONCLUSÃO 37 7 SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS 38 A CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DOS INSUMOS 38 B USTULAÇÃO 38 C SEPARAÇÃO MAGNÉTICA 38 8 BIBLIOGRAFIA 39 9 ADENDO 40 1 1 OBJETIVOS a Objetivos Gerais Avaliação de uma rota de processo alternativa para o beneficiamento do minério de ferro hematítico fino fração inferior a 106 µm Caracterização granulométrica e química do minério de ferro estudado b Objetivos Específicos Estudo do processo de ustulação magnética nos minérios de ferro hematíticos Avaliação da interação entre as variáveis tempo de queima temperatura de queima e percentual de carvão Estudo do processo de separação magnética de alto a baixo campo com aplicação no processamento do minério ustulado 2 2 INTRODUÇÃO As reservas conhecidas de minério de ferro de alto teor estão em processo de esgotamento sendo necessário o estudo de novas técnicas para o processamento de minérios mais pobres e compactos Em contrapartida a descoberta de minérios itabiríticos esteve em ascensão nos últimos anos possibilitando a manutenção da produção mineral brasileira e a explotação de minérios de ferro cada vez mais pobres Os minérios de ferro hematíticos são processados atualmente por métodos gravíticos por flotação ou por separação magnética de alto gradiente de campo A separação gravítica é aplicada para situações em que o minério é liberado em frações bem grossas caso cada dia menos comum no cenário brasileiro A flotação é o método atualmente mais usado e com maior seletividade embora seja um método extremamente caro utilizando reagentes químicos A separação magnética de alto gradiente de campo está em ascensão possuindo um investimento inicial muito elevado embora possua um custo operacional baixo e seja de fácil manuseio e utilização O processamento de minérios predominante magnéticos é feito utilizando separadores magnéticos de baixo gradiente de campo equipamentos de fácil obtenção no mercado nacional e com investimentos iniciais moderados e custos operacionais bem baixos O grande desafio encontrado é a escassez de minérios magnetíticos que possibilitem a aplicação de tal método Desta forma este trabalho visa tornar magnética a superfície da hematita por processo de redução parcial por carbono e possibilitar a implantação de um sistema de separação magnética de baixo gradiente de campo para o beneficiamento dos minérios originariamente hematíticos 3 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA a Métodos de Concentração de Minério de Ferro i Concentração Gravítica Os métodos gravíticos apresentam custos de investimento capex mais baixos não utilizam produtos químicos apresentando um impacto ambiental relativamente pequeno É importante ressaltar que o consumo de água é bastante elevado o que gera uma necessidade de recirculação de água eficiente O primeiro método gravítico mencionado é a jigagem Para os minérios de ferro compostos basicamente por quartzo e hematita é fácil a separação admitindose uma granulometria mínima de 150 µm 100 Figura 1 Mecanismo de Jigagem Outro método utilizado é a concentração gravítica por concentrador helicoidal de Humphreys impropriamente referida como espiral de Humphreys Equipamento muito eficiente para a separação das espécies minerais em granulação não muito menor que 100 µm muito seletivo porém possui baixa capacidade em torno de 15 a 20 th baixa mobilidade baixa flexibilidade e ainda custos elevados de investimento Tais desvantagens têm levado a diminuição do emprego desse equipamento Chaves recomenda a utilização de espirais de tamanho intermediário e limitação de tamanho de 38 µm para o beneficiamento dos minérios de ferro Chaves A 2013 4 Figura 2 Concentrador Helicoidal de Humphreys A mesa vibratória consiste no último método gravítico utilizado e possui um movimento oscilatório perpendicular ao fluxo de água A separação ocorre devido à velocidade do fluido sob uma superfície riflada A mesa vibratória permite uma visualização nítida da operação possibilitando ajustes durante o processo A maior desvantagem desse método é a baixa capacidade de produção entre 50 e 300 kgh m² Figura 3 Mesa Vibratória 5 ii Flotação A flotação de minério de ferro é o método mais utilizado para a faixa granulométrica fina Existem três tipos de flotação de minério de ferro Flotação catiônica reversa de quartzo Flotação aniônica direta de ferro Flotação aniônica reversa de quartzo A flotação catiônica reversa de quartzo é o método mais utilizado utilizando aminas como coletoras do quartzo exercendo também o papel de espumante enquanto os amidos de milho e mandioca deprimem os minerais portadores de ferro A flotação aniônica direta de ferro parece ser uma rota atraente embora a depressão do quartzo ainda seja considerada um desafio A flotação aniônica reversa de quartzo foi empregada no passado quando as aminas ainda não eram de uso conhecido nas usinas de tratamento de minérios brasileiras Chaves Filho 2013 A flotação apresenta um custo operacional muito elevado pois necessita da modificação da superfície mineral através da adição de reagentes químicos É o método de maior seletividade e apresenta um conhecimento muito difundido nas usinas brasileiras em geral Atualmente todos os circuitos de beneficiamento de finos apresentam células ou colunas de flotação O fenômeno denominado slimes coating ou recobrimento de partículas pelos finos naturais lamas é muito comum nas plantas de beneficiamento de minério de ferro e muito prejudicial ao processo de flotação As lamas aumentam o consumo de reagentes diminuem a seletividade do processo e ainda reduzem os parâmetros cinéticos da flotação É necessária uma deslamagem eficiente para se evitar a perda de recuperação na flotação sob as condições apresentadas Contudo a etapa de deslamagem retira do circuito as frações finas e portanto acarreta perda de massa com elevado teor de ferro contido esta sendo destinada às barragens em grande escala 6 iii Separação Magnética A separação magnética é um método de concentração mineral aplicado a diversas substâncias em variadas granulações É baseado na diferença de suscetibilidade magnética natural das partículas minerais quando submetidas a campos magnéticos induzidos Os equipamentos de separação magnética são divididos entre os métodos de alta intensidade a rigor de alto gradiente de campo magnético e de baixa intensidade a rigor de baixo gradiente de campo magnético existindo também métodos a seco e a úmido As operações a seco abrangem as faixas de granulação mais grossas ao passo que as operações a úmido abrangem as frações finas Figura 4 Equipamentos de Separação Magnética adaptado de Mular Halbe Barratt 2002 Segundo Oliveira M 2011 os separadores de tambores consistem basicamente de imãs instalados sob uma superfície cilíndrica rotativa Nas operações a úmido os tambores ficam parcialmente submersos em um tanque Os tambores são utilizados para a separação de espécies ferromagnéticas como a magnetita dos demais minerais atingindo campos magnéticos da ordem de 025 tesla 7 Figura 5 Separador Magnético de Tambor França Luz Sampaio 2007 O separador do tipo carrossel representa o maior avanço da separação em alta intensidade e foi projetado para grandes vazões É um equipamento muito grande pesado e por isso possui limitações de espaço exigindo um layout diferente dentro de uma usina de tratamento de minérios A operação do separador é bastante simples porém alguns parâmetros devem ser monitorados periodicamente O alto gasto energético é um entrave à utilização de métodos magnéticos desse tipo Tabela 1 Panorama da Separação Magnética no Brasil MINA EQUIPAMENTO ALIMENTAÇÃO CAMPO MAGNÉTICO mm tesla Fábrica Jones DP317 100 09 Feijão Jones DP317 100 09 Pico WDRE 100 06 Timbopeba WDRE 100 06 Conceição Jones DP317 100 015 09 Cauê Jones DP317 100 015 09 Jangada WDRE 100 015 06 Mutuca Ferrous Wheel 015 12 Jangada Ferrous Wheel 015 12 Conceição Jones DP317 015 09 Cauê Jones DP317 015 09 Oliveira P S 2006 Atualmente são utilizadas diversas rotas de processamento mineral via separação magnética no Brasil Para a fração 015 mm são utilizados campos de 12 tesla e 09 tesla É esperado que a redução da hematita possibilitasse a recuperação deste minério em campos da ordem de 015 a 025 tesla 8 b Propriedades Magnéticas dos Minerais Os materiais podem ser divididos de acordo com a susceptibilidade magnética grandeza esta que caracteriza o material segundo uma resposta a um campo magnético induzido Figura 6Susceptibilidade Magnética dos Minerais Brumatti2008 Os materiais diamagnéticos não apresentam susceptibilidade magnética possuindo assim repulsão ao campo aplicado independentemente da temperatura O diamagnetismo é uma decorrência direta da lei de Lenz pela qual se sabe que partículas em movimento submetidas a gradientes magnéticos tendem a restaurar sua condição anterior dando surgimento a uma reação de repulsão Essas reações fazem com que as partículas sejam repelidas pela zona de concentração de linhas de força Este é um fenômeno universal da matéria sendo que qualquer partícula a rigor deve ter um comportamento diamagnético caracterizado pela suscetibilidade magnética negativa e de baixa magnitude Alguns materiais entretanto possuem desaparelhamento de elétrons nos seus átomos constituintes exibindo um momento de dipolo magnético Estes são ditos materiais paramagnéticos Os materiais paramagnéticos são caracterizados por uma pequena susceptibilidade positiva visto que o efeito paramagnético é muito superior ao efeito diamagnético mascarandoo completamente Por fim quando o desaparelhamento eletrônico é muito intenso atingindo elevados valores positivos de suscetibilidade magnética os materiais são ditos ferromagnéticos Os materiais ferromagnéticos apresentam forte atração para as regiões de concentração de linhas de campo magnético 9 Figura 7 Variação de Susceptibilidade Magnética de acordo com a Composição Mineralógica adaptado de Hrouda Chlupacova 2009 Gomes 2009 estudou um minério de ferro predominantemente hematítico com mineralogia descrita na tabela Tabela 2 Os teores de hematita variaram entre 59 e 63 enquanto os teores de magnetita variam entre 5 e 7 É possível observar na figura Erro Autoreferência de indicador não válida que a magnetita é toda recuperada a partir dos campos magnéticos da ordem de 01 tesla Tabela 2 Composição Mineralógica Gomes 2009 Figura 8 Recuperação Mássica adaptado de Gomes 2009 Hematita Martita Magnetita Goethita Limonita Quartzo Gibbsita Caulinita Outros AM 1 6298 2382 696 34 081 098 078 005 021 AM 2 5974 1757 518 921 119 585 065 016 044 10 Schneider CL Calixto 2006 abordam o conceito de volume magnético este usualmente utilizado para partículas minerais devido ao volume ser uma soma dos valores obtidos para cada espécie isoladamente O volume magnético de cada componente é dado por Onde Volume magnético do mineral i m³ Volume da partícula m³ Susceptibilidade magnética do mineral adimensional Fator de forma 0333 Esférica Para partículas esféricas com 05 mm de diâmetro temos que o volume magnético da magnetita vale 52 x 1011 m³ o da hematita vale 64 x 1013 m³ e o do quartzo vale 49 x 1016 m³ Já para partículas compostas por hematita e quartzo com volumes iguais de cada fase o volume magnético se assemelha ao volume da hematita pura O mesmo ocorre para misturas magnetitahematita Tabela 3 Susceptibilidade Magnética dos Minerais Mineral Faixa Usual Valor Médio X 106 X 106 Magnetita 1000000 a 5700000 3350000 Hematita 500 a 40000 20000 Quartzo 13 a 17 15 Hunt Moskowitz Banerjee 1995 Partículas mistas possuem o valor de volume magnético aproximadamente igual ao do mineral com maior susceptibilidade magnética Portanto operações de separação magnéticas devem ocorrer com graus de liberação elevados para se evitar a contaminação do concentrado com partículas mistas Pequenas quantidades de magnetita na estrutura de uma partícula mista já determina o caráter altamente magnético desta partícula na separação magnética e por esse motivo a redução mesmo que parcial e superficial já produz resultados satisfatórios 11 Luz Sampaio França 2010 apresentaram um estudo comparativo entre as forças magnéticas encontradas entre campos variáveis entre 1800 T e 18000 T para os minerais quartzo hematita e magnetita É observado que a magnetita apresenta susceptibilidade magnética elevada em relação à hematita e que o quartzo possui susceptibilidade negativa comprovando seu caráter unicamente diamagnético Tabela 4 Força magnética para amostras de diversos minerais ENSAIO 1 ENSAIO 2 Campo tesla 018 180 Quartzo 0000154 00154 Hematita 0000643 0643 Magnetita 158 158 Luz Sampaio França 2010 c Minérios Finos e Ultrafinos Existem várias divergências entre autores sobre a definição do tamanho das partículas consideradas finas Somasundaran 1980 classificou as partículas como finas entre 10 µm e 100 µm ultrafinas entre 1 µm e 10 µm e coloides menores que 1 µm As lamas do beneficiamento mineral são compostas principalmente por partículas ultrafinas e coloides É necessário um rigoroso controle das etapas de cominuição para fornecer a granulometria adequada exigida para a concentração Normalmente são obtidos níveis mais elevados de recuperação na faixa entre 20 e 105 µm e níveis mais baixos para os extremos embora não seja possível generalizar os limites de tamanho d Mineralogia dos Minérios de Ferro O ferro é encontrado na natureza sob a forma de óxidos e sulfetos prioritariamente Foram destacados neste trabalho os minerais magnetita e hematita devido à sua importância nos maiores depósitos brasileiros 12 Tabela 5 Conteúdo Metálico dos Minérios de Ferro Mineral Fórmula Química Conteúdo de Ferro Magnetita Fe3O4 724 Hematita Fe2O3 699 Goethita FeO OH ou Fe2O3 3H2O 629 Pirrotita Fe 1x S x0 a 02 582 635 Siderita FeCO3 482 Pirita FeS2 466 Ilmenita FeTiO3 368 Ma 2012 A hematita Fe2O3 é um óxido com 6999 de ferro e 3001 de oxigênio em sua forma pura correspondendo ao maior estado de oxidação do ferro Apresenta estrutura hexagonal compacta HC e possui cor acinzentada e traço castanho avermelhado Sua massa específica é aproximadamente 5100 kgm³ A hematita tem caráter paramagnético sendo separável de outros minerais com menor susceptibilidade magnética na presença de campos magnéticos com elevados gradientes de campo A magnetita Fe3O4 é um óxido com 7200 de ferro e 2800 de oxigênio Normalmente possui cor cinza escura a preto de massa específica da ordem de 5200 kgm³ É fortemente magnética propriedade explorada neste trabalho e que possibilita a separação mais fácil nas empresas mineradoras A magnetita apresenta estrutura cristalina cúbica de face centrada Durante a redução parcial transformação de hematita para magnetita ocorre a modificação da estrutura para cúbica de face centrada CFC o que implica na geração de trincas e fraturas e Redução dos Óxidos de Ferro A redução dos óxidos de ferro pelo monóxido de carbono acontece em três estágios como mostrado na figura 9 Figura 9 Estágios de redução dos minérios de ferro 13 1 2 3 4 Podese notar que as reações 1 e 3 são exotérmicas enquanto a reação 2 é endotérmica Embora a reação 1 seja exotérmica a reação entre o oxigênio presente na atmosfera e o carbono adicionado à mistura é endotérmica e necessita de elevada quantidade de calor para ocorrer f Ustulação Redutora Superficial A ustulação é um método de redução realizada em temperaturas abaixo do ponto de fusão dos metais No presente caso objetivase transformar a hematita em magnetita através da adição de carbono na forma de coque A redução neste caso deve ocorrer apenas na superfície do mineral não se objetivando a obtenção de ferro metálico Sharma Sharma 2014 estudaram a ustulação magnética em um minério goethítico e a posterior separação magnética por tambores de baixo a médio gradiente de campo O minério era constituído por 59 de ferro 364 de alumina 387 de sílica e 0089 de fósforo Foi avaliado o tempo de queima a temperatura de queima a granulação do minério e do carvão além do percentual de carvão na mistura Os resultados estão sistematizados na tabela 6 e figura 7 Tabela 6 Variáveis de Ustulação VARIÁVEIS MÍNIMO MÁXIMO Tempo de Queima 5 min 40 min Temperatura 300 ºC 650 ºC Quant de Carvão 1 g 10 g Granulometria Minério 0044 mm 026 mm Sharma 2014 14 a b c Figura 7 a Influência da Temperatura b Influência do Tempo e c Influência do Percentual de Carvão adaptada de Sharma 2014 Cui Liu Etsell 2002 estudaram a ustulação de um minério hematítico A ustulação oxidante não promoveu melhora na susceptibilidade magnética enquanto a ustulação redutora promoveu aumentos com variações de tempo temperatura e dosagens de carvão Foi possível observar que existiu um aumento na susceptibilidade magnética da hematita em temperaturas acima de 500º C Em temperaturas entre 800º e 1000º C a hematita apresentou susceptibilidade equivalente à magnetita nos tempos superiores a 30 minutos independente da razão de carvão Os resultados obtidos estão apresentados na figura 8 15 a b c d Figura 8 a Influência do Tempo 20 Carvão b Influência da Temperatura 20 Carvão c Influência do Tempo 10 Carvão d Influência da Temperatura 10 Carvão Parâmetros Ustulação Cui Liu Etsell 2002 16 4 METODOLOGIA a Caracterização e Preparação da Amostra Foram recebidos 40 kg de amostra de minério de ferro proveniente do Quadrilátero Ferrífero A amostra foi homogeneizada e quarteada de forma a obter alíquotas representativas da amostra global O quarteamento foi feito a fim de se obter amostras de tamanho menor para os ensaios necessários A massa específica foi determinada pelo método de picnometria a gás Técnica laboratorial muito utilizada para determinar a densidade de sólidos possibilitando também determinar o teor de um mineral e aproximando de uma análise química prévia Nunes Couto França obtiveram resultados de teores considerando o minério constituído apenas por duas fases minerais hematita e quartzo Onde amostra densidade obtida pela picnometria hematita densidade da hematita 5100 tm³ quartzo densidade do quartzo 2650 tm³ A caracterização granulométrica consistiu em peneiramentos a úmido do material a fim de determinar a distribuição de tamanhos desde as faixas mais grossas até a fração fina Para a determinação da granulometria do minério foi adotada a teoria de amostragem proposta por Gy 1982 O cálculo da massa máxima permitida é essencial para evitar a sobrecarga das peneiras e fornecer uma eficiência aceitável no peneiramento das amostras Onde n Número de Camadas n1 di Abertura da Peneira em Análise cm ds Abertura da Peneira Imediatamente Superior cm A Área da Peneira cm² Massa específica do minério 17 A escala TylerABNT foi utilizada para o peneiramento usando as peneiras a seguir 635 mm 336 mm 238 mm 168 mm 140 mm 119 mm 100 mm 0841 mm 0595 mm 0298 mm 0105 mm e 0074 mm As diversas frações granulométricas obtidas podem ser analisadas a partir da figura seguinte Figura 9 Minério de Ferro O coque é um combustível de alto rendimento obtido a partir do carvão mineral e utilizado para fornecimento de energia às siderúrgicas Este é misturado junto à carga metálica nos altosfornos para a produção de monóxido de carbono CO principal agente redutor do minério de ferro 18 A preparação do coque consistiu em uma determinação de densidade por picnometria a gás juntamente com a caracterização granulométrica e a posterior adequação de tamanho através de britador de mandíbulas moinho de disco e moinho rotativo de anéis também chamado de moinho orbital de panela a seco b Ensaios de Ustulação Foram realizados ensaios em mufla no Laboratório de Metalografia e Tratamentos Térmicos do DEMET Departamento de Engenharia Metalúrgica UFOP nas condições apresentadas na Tabela 7 Todas as amostras foram preparadas previamente e os ensaios foram realizados em ordem aleatória Os insumos utilizados nos ensaios são minério de ferro e coque ambos preparados numa granulometria inferior a 106 µm 150 Aleatoriamente o teste realizado em duplicata foi o teste 6 Tabela 7 Variáveis Ensaiadas Ensaio Temperatura Carvão Tempo º C Minutos 1 450 6 15 2 450 10 15 3 450 8 25 4 450 6 35 5 450 10 35 6 500 8 15 6 B 500 8 15 7 500 6 25 8 500 8 25 9 500 10 25 10 500 8 35 11 550 6 15 12 550 10 15 13 550 8 25 14 550 6 35 15 550 10 35 16 650 6 15 17 650 10 15 18 650 8 25 19 650 6 35 20 650 10 35 Figura 10 Mufla Utilizada 19 Durante a análise dos resultados dos ensaios de ustulação viuse necessário fazer uma série adicional de testes em temperatura de 750ºC Foram realizados 5 ensaios nas condições apresentadas na tabela abaixo Na temperatura de 650º C foi possível observar o início da ustulação da hematita e por isso acreditouse que o desempenho seria mais elevado nas temperaturas superiores Nos testes realizados com temperatura de 750ºC foi introduzido um cadinho com carvão adicional de modo que tornasse o ambiente interno da mufla o mais redutor possível O carvão em excesso consumiria todo o oxigênio presente no interior da mufla visto que o equipamento não possui vedação completa nas aberturas O consumo foi medido através da pesagem do cadinho antes e após a realização dos testes Tabela 8 Testes 750º C Ensaio Temperatura Carvão Tempo º C Minutos 21 750 6 15 22 750 6 35 23 750 8 25 24 750 10 15 25 750 10 35 Figura 11 Curva Granulométrica dos Insumos 20 c Ensaios de Separação Magnética Os ensaios de separação magnética foram realizados em separador magnético Carpco Wet HighIntensity Magnetic Separator Model 3X4L no Laboratório de Tratamento de Minérios do Departamento de Engenharia de Minas da Escola de Minas UFOP O equipamento funciona de forma a separar as espécies minerais de acordo com as propriedades magnéticas O minério é passado por esferas de 35 mm com o campo ajustado conforme a condição préestabelecida O mineral não magnetizado é recolhido abaixo das matrizes e após a passagem da água de lavagem para retirada dos minerais aprisionados o campo é desligado e o minério magnético é recolhido em recipiente separado O mesmo é realizado para os demais 3 campos ensaiados sendo o rejeito retornado à etapa posterior seguindo uma rota em circuito scavenger Retornandose o rejeito evita alterações devido ao campo residual das partículas quando submetidos a um campo induzido no equipamento Uma única amostra fornece cinco produtos sendo quatro deles magnéticos em cada campo específico e um não magnético O princípio de operação do equipamento utilizado é apresentado na figura abaixo Figura 12 Separador Magnético de Alta Intensidade WHIMS Catálogo Equipamento O equipamento utiliza a indução de campo magnético por bobinas eletromagnéticas e foi realizada a medição do campo magnético através de um gaussímetro Gaussmeter TLMP HALL 15 Versão 53 Nº 101009 21 A figura Figura 13 apresenta a correlação entre a amperagem lida no visor do equipamento e o valor de campo lido no gaussímetro Buscase através destas medições estabelecer uma equação que descreva o campo magnético induzido pelo equipamento Figura 13 Relação Amperagem Campo Magnético Foram realizados testes iniciais com distintas granulometrias para avaliar o efeito da granulometria sobre a recuperação mássica do processo O campo escolhido para os ensaios foi 02 T com amperagem de 10 A O método de determinação da eficiência do ensaio de ustulação foi o ensaio de separação magnética As amostras ustuladas foram submetidas a ensaios com uma faixa de campos magnéticos de forma a conhecer o comportamento do minério sob diversos pontos de operação A alimentação dos ensaios de separação magnética foi feita a úmido com 30 de sólidos em massa e a alimentação do ensaio era composta do produto da ustulação adicionando a quantidade de carvão de cada ensaio Foi necessária a adição de 250 mL de água de lavagem para a limpeza do material e remoção das impurezas presentes durante a realização dos experimentos 22 Figura 14 Fluxograma Rota de Processo 23 5 RESULTADOS a Caracterização das Amostras É observado que o minério apresenta granulação grossa necessitando de uma cominuição para adequação ao processo subsequente de separação magnética O coque também apresentou uma granulação grossa sendo necessária a redução da granulação até atingir 100 passante em 106 µm Os peneiramentos foram feitos em duplicata e os resultados de ambos P1 e P2 são apresentados a seguir juntamente com a média dos peneiramentos realizados É possível observar que os peneiramentos apresentaram resultados bem próximos mostrando que o peneiramento foi realizado corretamente Figura 15 Curva Granulométrica Minério Figura 16 Curva Granulométrica Coque Através dos dados obtidos foi possível identificar o modelo de distribuição granulométrica que mais se adequava ao material analisado Os modelos de distribuição granulométrica testados foram RosinRammler Hill Harris GatesGaudin Schumann e GaudinMeloy Luz J 2014 Para o minério os modelos de GatesGaudinSchumann e GaudinMeloy não apresentaram boa correlação com os dados obtidos e por isso não serão apresentados nos gráficos e resultados posteriores Para o coque os modelos de Rosin Rammler e de Hill foram os únicos que apresentaram boa adequação 24 Figura 17 Modelos de Distribuições Granulométricas Minério Tabela 9 Distribuições Granulométricas Minério A distribuição de Harris obteve 9761 de aderência a de RosinRammler obteve 9738 e a de Hill obteve 9562 As distribuições obtiveram uma adequação considerada baixa ao modelo devido à grande presença de finos no minério estudado RosinRammler Hill Harris a 2259018 b 1554156 r² 09738 a 2161621 b 2162820 r² 09562 a 10 b 1432062 c 5377614 r² 09761 25 Figura 18 Modelos de Distribuições Granulométricas Coque Tabela 10 Distribuições Granulométricas Coque A distribuição de RosinRammler obteve 9962 de aderência enquanto a de Hill obteve 9943 As distribuições obtiveram uma adequação muito boa ao coque Os resultados da picnometria forneceram os valores de massa específica para o ROM e para o coque metalúrgico Foi realizado um ensaio de determinação de massa específica por picnometria para a amostra global e depois foi calculado o valor de massa específica através de média ponderada por faixas granulométricas levando em conta o percentual volumétrico e o valor de massa específica para cada faixa RosinRammler Hill a 092626238 b 16264105 r² 09962 a 2956153 b 0884535 r² 09943 26 Tabela 11 Picnometria A Gás FAIXA GRANULOMÉTRICA MASSA MASSA ESPECÍFICA TEOR µm mm Adimensional Hematita Ferro Quartzo Coque 151 Fe2O3 Fe SiO2 Global Analisada 455 8700 6090 1300 6 335 2513 443 8378 5865 1622 8 236 335 2220 466 8971 6280 1029 10 170 236 2240 467 9008 6306 992 14 118 170 883 468 9025 6318 975 20 085 118 613 480 9317 6522 683 48 030 085 327 494 9650 6755 350 200 0075 030 618 460 8830 6181 1170 200 0075 587 444 8391 5874 1609 Global Calculada 460 8845 6192 1155 Figura 19 Distribuição de Teores por Faixa Granulométrica 27 b Ensaios de Ustulação A tabela 12 apresenta os resultados dos ensaios de ustulação com as condições de cada ensaio as massas iniciais e finais assim como a perda de massa obtida É importante ressaltar que a perda de massa é ocasionada pelas condições de realização do ensaio mas também pelo fenômeno de redução da hematita em magnetita No processo de modificação da estrutura da hematita em magnetita existe a liberação de CO2 para a atmosfera O aumento das três variáveis de análise temperatura proporção de carvão e tempo ocasionou um aumento na perda de massa Apartir da análise dos valores obtidos para a perda de massa foi possível notar que o teste 15 550ºC 10 C 35 min apresentou um valor anômalo em relação aos demais testes realizados logo ele não é considerado nas análises posteriores em relação à perda de massa Tabela 12 Ustulação Ensaio Temperatura º C Carvão Tempo Minutos Massa Perda de Massa Inicial Final 1 450 6 15 5300 5248 098 2 450 10 15 5500 5441 107 3 450 8 25 5400 5301 183 4 450 6 35 5300 5239 115 5 450 10 35 5500 536 255 6 500 8 15 5400 535 093 6 B 500 8 15 5400 5327 135 7 500 6 25 5300 5213 164 8 500 8 25 5400 533 130 9 500 10 25 5500 5426 135 10 500 8 35 5400 5211 350 11 550 6 15 5300 5214 162 12 550 10 15 5500 5361 253 28 Ensaio Temperatura º C Carvão Tempo Massa Inicial Massa Final Perda de Massa 13 550 8 25 5400 5313 161 14 550 6 35 5300 5204 181 15 550 10 35 5500 5225 500 16 650 6 15 5300 5142 298 17 650 10 15 5500 5401 180 18 650 8 25 5400 5281 220 19 650 6 35 5300 5172 242 20 650 10 35 5500 5346 280 21 750 6 15 5300 5207 175 22 750 6 35 5300 5148 287 23 750 8 25 5400 5271 239 24 750 10 15 5500 5323 322 25 750 10 35 5500 5309 347 Figura 20 Variáveis Perda de Massa A reação da hematita com o carbono libera gases que precisam passar pela camada de minério resultando em orifícios semelhantes aos obtidos em temperatura de 750ºC como mostrado na figuraFigura 21 ORIFÍCIOS DE SAÍDA DE GÁS O carbono adicionado na mufla para eliminar o oxigênio presente foi consumido em 1290g resultado em 172g de O2 retirado do ambiente do forno e 301g de CO liberado apenas pelo excesso de carvão no interior do forno Esta quantidade de CO formada é suficiente para determinar a predominância de CO em relação à CO2 durante a realização de testes 29 24g mol 32 gmol 56g mol 1290g 172g 301g Figura 21 Orifícios de Saída de Gás c Ensaios de Separação Magnética A medição do campo foi feita e conseguiuse ajustar uma curva Sigmoidal para os ensaios com as matrizes e sem as matrizes A equação encontrada é da forma Onde H campo magnético T i amperagem A a b c e n constantes obtidas 30 Tabela 13 Dados da Equação de Campo Magnético Campo magnético com matriz Campo magnético sem matriz Erro padrão 000842 T Erro padrão 000446 T Desvio máximo 0015396022 T Desvio máximo 000785524 T Coeficiente de correlação 099947853 T Coeficiente de correlação 099952732 T a 097888 Desvio padrão de a 0013177 a 062638 Desvio padrão de a 00167651 b 098304 Desvio padrão de b 00171455 b 062289 Desvio padrão de b 00186868 c 225376 Desvio padrão de c 00399189 c 279637 Desvio padrão de c 00936702 n 139376 Desvio padrão de n 00411258 n 124159 Desvio padrão de n 00402969 O resultado dos ensaios realizados previamente com o minério natural é apresentado na figura abaixo Podese afirmar que a recuperação mássica sofre uma queda para as frações finas menores que 106 µm e grossas maiores que 297 µm se comparado à fração global Figura 22 Influência do tamanho de partícula na separação magnética O minério hematítico ustulado foi submetido a ensaios de separação magnética de baixo a alto campo e os resultados são apresentados na tabela a seguir 31 Tabela 14 Separação Magnética Ensaio Temperatura Carvão Tempo Magnética Acumulada 006 T 054 T 083 T 093 T 1 450 6 15 837 6072 7521 7846 2 450 10 15 1409 6790 7490 7623 3 450 8 25 1127 6133 7378 7773 4 450 6 35 1398 4336 7006 7768 5 450 10 35 1150 5590 7015 7667 6 500 8 15 1692 5541 7240 7838 6 B 500 8 15 1191 5925 7834 8107 MÉDIA ENSAIO 6 1441 5733 7537 7972 7 500 6 25 1632 6023 7848 8159 8 500 8 25 1383 4245 7076 7738 9 500 10 25 1289 5988 7414 7732 10 500 8 35 1211 5484 7464 7818 11 550 6 15 1654 6046 7746 8172 12 550 10 15 1703 5235 7475 7856 13 550 8 25 1241 6065 7976 8194 14 550 6 35 1328 5558 7855 8367 15 550 10 35 769 3444 6673 7627 16 650 6 15 1932 4739 7486 8144 17 650 10 15 2006 5948 7809 8333 18 650 8 25 1730 5726 7551 8299 19 650 6 35 913 6125 7884 8300 20 650 10 35 2412 6462 8277 8718 21 750 6 15 2548 6828 8734 8914 22 750 6 35 5185 8871 9228 9297 23 750 8 25 5780 8641 8950 9089 24 750 10 15 2361 8093 8828 8922 25 750 10 35 7148 8697 8973 9043 BRANCO 1533 6542 8320 8629 BRANCO B 2667 6643 8169 8545 MÉDIA BRANCO 2100 6592 8245 8587 32 Figura 23 Comparativo Natural x Ustulado Através dos gráficos a seguir é possível verificar que o tempo e a proporção de carvão não influenciaram muito na recuperação mássica Para o campo de 006 T tanto a porcentagem de carvão elevada quanto o tempo de queima elevado apresentaram resultados superiores ao minério natural Em contrapartida para campos elevados o comportamento não se mostrou satisfatório e apresentou resultados inferiores ao obtido para o minério natural Figura 24 Influência da Percentagem de Carvão 33 Figura 25 Influência do Tempo Já a variável temperatura se mostrou a principal variável no processo de ustulação quando comparada às demais Os tempos inferiores a 750º C não apresentaram aumentos na susceptibilidade magnética do minério hematítico enquanto a temperatura de 750º C ocasionou um aumento na recuperação mássica como pode ser visto na Figura 26 Influência da Temperatura Figura 26 Influência da Temperatura Os melhores resultados foram obtidos para a temperatura de 750 ºC Diante da diferença entre os resultados viuse necessário apresentar os resultados em gráfico separado O melhor resultado obtido 750ºC 35 min 10 Carvão teve um desempenho superior ao minério natural em 2403 na condição de menor campo 006 T enquanto obteve ganho de 53 na condição de maior campo 093 T 34 Figura 27 Melhores Resultados Para as temperaturas mais altas o tempo e o carvão se comportaram de maneira semelhante para todos os campos magnéticos Para o tempo o comportamento se mostrou bastante similar enquanto para o carvão houve uma mudança de comportamento entre os campos mais baixos e os campos mais altos a b c d Figura 28 Recuperação Mássica em Função do Tempo e da de Carvão para os campos a 006T b054 T c 083T d 093T 35 Com o processo de ustulação foi possível reduzir o campo magnético necessário para a separação entre as espécies minerais Para atingir uma recuperação mássica de aproximadamente 72 no minério natural é necessário um campo de 065 T enquanto para o minério ustulado conseguese essa mesma recuperação em campos da ordem de 006 T O campo magnético elevado é responsável pelo alto gasto energético nas instalações de separação magnética de alto gradiente O novo campo necessário pode ser obtido em equipamentos de baixo gradiente de campo Figura 29 Redução de Campo Magnético O minério natural apresentava pequena atração magnética já o minério ustulado nas melhores condições 750ºC 10 Carvão e 35 minutos se tornou altamente magnético A seguir são apresentadas duas micrografias do minério ustulado sendo a figura 30 referente ao magnetismo gerado através da ustulação enquanto a figura 31 mostra a o concentrado e o rejeito da separação magnética Figura 30 Magnetismo Resultante da Ustulação 36 a b Figura 31 Micrografias dos Produtos Obtidos a Concentrado 006T bRejeito Não Magnético Os ensaios realizados neste trabalho foram analisados estatisticamente através dos testes em duplicata As duas amostras uma ustulada e outra natural tiveram resultados bem semelhantes apresentando uma correlação de 993 para a amostra ustulada e 999 para a amostra natural RSq 995 RSq adj 993 PValue 0002 RSq 999 RSq adj 999 PValue 0000 Figura 32 Análise dos erros obtidos nos ensaios 37 6 CONCLUSÃO A caracterização realizada identificou uma amostra com 870 de hematita o que a torna uma amostra rica com 609 de ferro aproximadamente A análise granulométrica mostrou uma amostra com grande quantidade de finos Por isso a adequação aos modelos teóricos usuais de distribuição granulométrica não se adequaram bem ao minério analisado A distribuição granulométrica de Harris obteve o melhor ajuste aos dados obtidos Já o coque empregado apresentou boa correlação com os modelos de distribuição de Hill e Rosin Rammler A perda de massa associada à operação de ustulação foi identificada e as três variáveis estudadas se mostraram sensíveis ao processo de ustulação O aumento da temperatura tempo e a proporção de carvão adicionado ocasionaram aumento na perda de massa como era esperado Foi possível também identificar os orifícios por onde saíram os gases produzidos CO e CO2 durante a transformação de hematita a magnetita pela redução por carbono O processo de separação magnética apresentou um ponto ótimo na granulometria de 200 µm e tanto os grossos maior que 297 µm e finos menor que 106 µm apresentaram uma queda de desempenho O resultado demostrado é semelhante ao encontrado na bibliografia Os ensaios de separação magnética alcançaram resultados satisfatórios apenas para temperaturas de 750º C O teste de melhor resultado foi com a maior percentagem de carvão 10 e o maior tempo 35 minutos O processo de ustulação aumentou a recuperação mássica em 53 para o campo de 093 T e 2403 para o campo de 006 T Através da ustulação é possível obter as mesmas recuperações em campos da ordem de 10 vezes menores A recuperação em 065T para minérios naturais é atingida para campos de 006T para minérios previamente ustulados Finalmente o processo de ustulação tornou a hematita altamente magnética sendo possível notar a diferença com a aproximação de um imã de mão 38 7 SUGESTÃO DE TRABALHOS FUTUROS a Caracterização Tecnológica dos Insumos Realizar uma caracterização mais detalhada do minério do coque e dos produtos obtidos na ustulação b Ustulação Realizar novos ensaios com temperatura tempo e percentual de carvão variados Estudar o ambiente de redução no interior da mufla c Separação Magnética Realizar ensaios de separação magnética com campos magnéticos mais refinados para melhor identificar as melhorias Validar a rota de processo proposta para as escalas industrial e semiindustrial Avaliar o desempenho do minério ustulado nas operações de pelotização e redução em altos fornos 39 8 BIBLIOGRAFIA Biswas A K 1981 Principles of Blast Furnace Ironmaking Cootha Publishing House Brumatti M 2008 Mineralogia Aplicada ao Beneficiamento das Zonas de Xenólitos Mina de Cajati SP São Paulo Chaves 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Halbe D N Barratt D J 2002 Mineral Processing Plant Design Practice and Control Colorado USA Society for Mining Metallurgy and Exploration Nunes D G Couto H J França S C sd Aplicação da Flotação em Coluna na Concentração de Minério de Ferro de Baixo Teor Porto Alegre RS UFRGS Oliveira M 2011 Curso de Tratamento de Minérios para Operadores da CBMM Araxá MCE Oliveira P S 2006 Rotas para Recuperação de Ferro Fino Contido no Underflow do Espessador de Lama da Usina de Conceição Belo Horizonte Escola de Engennharia UFMG Schneider CL Calixto M 2006 Desenvolvimento de um Modelo para Separadores Magnéticos tipo Jones VII Simpósio Brasileiro de Minério de Ferro Sharma J Sharma T 2014 Beneficiation of Low Grade Iron Ore Fines By Magnetizing Roasting International Journal of Engineering Research and Science Tecnology IJERST 32 Somasundaran P 1980 Principles of flocculation dispersion and selective flocculation Fine Particle Processing New York AIME 40 9 ADENDO PENEIRAMENTO ROM MINÉRIO 1 Abertura Peso Massa Máxima Retido Simples Retido Acumulado Passante Acumulado Mm eq g g ¼ 6350 7665 240 98731 09 09 991 6 3350 4850 6598 62471 254 263 737 8 2360 2855 5351 36774 206 469 531 10 1650 2005 6320 25825 243 712 288 12 1410 1530 1723 19707 66 779 221 14 1180 1295 561 16680 22 800 200 16 1000 1090 859 14040 33 833 167 20 0837 0919 558 11831 21 855 145 28 059 0714 029 9190 01 856 144 48 0297 0444 675 5713 26 882 118 150 0106 0202 1326 2595 51 933 67 200 0075 0091 286 1166 11 944 56 FUNDO 1455 56 1000 00 Massa Total 25978 PENEIRAMENTO ROM MINÉRIO 2 Abertura Peso Massa Máxima Retido Simples Retido Acumulado Passante Acumulado Mm eq g g ¼ 6350 7665 339 98731 14 14 986 6 3350 4850 5427 62471 225 239 761 8 2360 2855 5733 36774 238 477 523 10 1650 2005 4929 25825 205 682 318 12 1410 1530 1164 19707 48 730 270 14 1180 1295 974 16680 40 771 229 16 1000 1090 1170 14040 49 819 181 20 0837 0919 469 11831 19 839 161 28 059 0714 357 9190 15 854 146 48 0297 0444 567 5713 24 877 123 150 0106 0202 1047 2595 43 921 79 200 0075 0091 438 1166 18 939 61 FUNDO 1477 61 1000 00 Massa Total 24091 41 PRODUTO BRITAGEM MANDÍBULAS COQUE Abertura Peso Retido Simples Retido Acumulado Passante Acumulado Mm eq g ½ 12700 15330 19997 501 501 499 6 3350 8025 14283 358 858 142 8 2360 2855 901 23 881 119 10 1700 2030 617 15 896 104 14 1180 1440 453 11 908 92 20 0850 1015 650 16 924 76 48 0300 0575 1199 30 954 46 200 0075 0188 1247 31 985 15 FUNDO 588 15 1000 00 Massa Total 39935 PRODUTO MOAGEM DISCO COQUE Abertura Peso Retido Simples Retido Acumulado Passante Acumulado mm eq g ½ 12700 15330 000 00 00 1000 6 3350 8025 016 00 00 1000 8 2360 2855 370 10 10 990 10 1700 2030 2734 72 83 917 14 1180 1440 5200 138 221 779 20 0850 1015 9326 247 468 532 48 0300 0575 10142 269 737 263 200 0075 0188 6181 164 900 100 FUNDO 3756 100 1000 00 Massa Total 37725 GRANULOMETRIA FINAL DOS INSUMOS Abertura Coque Minério µm Retido Simples Retido Acumulado Passante Acumulado Retido Simples Retido Acumulado Passante Acumulado 150 106 00 00 1000 00 00 1000 200 75 414 414 586 174 174 826 270 53 160 574 426 172 345 655 325 45 144 718 282 111 457 543 400 38 193 911 89 325 781 219 FUNDO 89 1000 00 219 1000 00 42 GRANULOMETRIA SEPARAÇÃO MAGNÉTICA Granulometria Concentrado Rejeito Massa Total Recuperação Mássica 297 3236 5981 9217 351 210 4205 4744 8949 470 149 4264 5535 9799 435 105 3550 6492 10042 354 74 3400 6380 9780 348 53 2573 6458 9031 285 44 1855 6866 8721 213 RESULTADOS PERDA DE MASSA Ensaio Condições Massa Massa Perda Inicial Final 1 450 6 15 53 5248 098 2 450 10 15 55 5441 107 3 450 8 25 54 5301 183 4 450 6 35 53 5239 115 5 450 10 35 55 536 255 6 500 8 15 54 535 093 6 B 500 8 15 54 5327 135 7 500 6 25 53 5213 164 8 500 8 25 54 533 130 9 500 10 25 55 5426 135 10 500 8 35 54 5211 350 11 550 6 15 53 5214 162 12 550 10 15 55 5361 253 13 550 8 25 54 5313 161 14 550 6 35 53 5204 181 15 550 10 35 55 5225 500 16 650 6 15 53 5142 298 17 650 10 15 55 5401 180 18 650 8 25 54 5281 220 19 650 6 35 53 5172 242 20 650 10 35 55 5346 280 21 750 6 15 53 5207 175 22 750 6 35 53 5148 287 23 750 8 25 54 5271 239 24 750 10 15 55 5323 322 25 750 10 35 55 5309 347 43 RESULTADOS SEPARAÇÃO MAGNÉTICA Ensaio Condições Peso Simples Acumulada Massa Magnética Não Mag Massa Magnética Não Mag Massa Magnética 006T 054T 083T 093T 006T 054T 083T 093T 006T 054T 083T 093T 1 450 6 15 413 2583 715 160 1063 837 5235 1449 324 2154 837 6072 7521 7846 2 450 10 15 739 2823 367 070 1247 1409 5381 700 133 2377 1409 6790 749 7623 3 450 8 25 582 2585 643 204 115 1127 5006 1245 395 2227 1127 6133 7378 7773 4 450 6 35 693 1456 1323 378 1106 1398 2938 2669 763 2232 1398 4336 7006 7768 5 450 10 35 571 2204 707 324 1158 1150 4440 1424 653 2333 1150 5590 7015 7667 6 500 8 15 874 1989 878 309 1117 1692 3849 1699 598 2162 1692 5541 724 7838 6 B 500 8 15 607 2413 973 139 965 1191 4734 1909 273 1893 1191 5925 7834 8107 6 MÉDIA 1441 5733 7537 7972 7 500 6 25 837 2252 936 160 944 1632 4391 1825 312 1841 1632 6023 7848 8159 8 500 8 25 712 1473 1457 341 1164 1383 2862 2831 663 2262 1383 4245 7076 7738 9 500 10 25 672 2449 743 166 1182 1289 4699 1426 318 2268 1289 5988 7414 7732 10 500 8 35 629 2219 1028 184 1133 1211 4273 1980 354 2182 1211 5484 7464 7818 11 550 6 15 856 2272 880 220 946 1654 4391 1701 425 1828 1654 6046 7746 8172 12 550 10 15 871 1807 1146 195 1097 1703 3532 2240 381 2144 1703 5235 7475 7856 13 550 8 25 648 2519 998 114 943 1241 4824 1911 218 1806 1241 6065 7976 8194 14 550 6 35 674 2147 1166 260 829 1328 4230 2297 512 1633 1328 5558 7855 8367 15 550 10 35 386 1343 1621 479 1191 769 2675 3229 954 2373 769 3444 6673 7627 16 650 6 15 942 1369 1340 321 905 1932 2807 2748 658 1856 1932 4739 7486 8144 17 650 10 15 1019 2003 946 266 847 2006 3942 1862 524 1667 2006 5948 7809 8333 18 650 8 25 874 2018 922 378 859 1730 3995 1825 748 1701 1730 5726 7551 8299 19 650 6 35 469 2677 903 214 873 913 5212 1758 417 1700 913 6125 7884 8300 20 650 10 35 1232 2069 927 225 655 2412 4051 1815 440 1282 2412 6462 8277 8718 21 750 6 15 1260 2117 943 089 537 2548 4280 1907 180 1085 2548 6828 8734 8914 22 750 6 35 2545 1809 175 034 345 5185 3685 357 069 703 5185 8871 9228 9297 23 750 8 25 2944 1457 157 071 464 5780 2861 308 139 911 5780 8641 895 9089 24 750 10 15 1189 2886 370 047 543 2361 5732 735 093 1078 2361 8093 8828 8922 25 750 10 35 3614 783 140 035 484 7148 1549 277 069 957 7148 8697 8973 9043 BRANCO 744 2430 863 150 665 1533 5008 1779 309 1371 1533 6542 832 8629 BRANCO 1292 1926 739 182 705 2667 3976 1526 376 1455 2667 6643 8169 8545 BRANCO MÉDIO 2100 6592 8245 8587 DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais CEERMIN Curso de Especialização em Engenharia de Recursos Minerais MONOGRAFIA Estudo Comparativo Entre os Separadores Magnéticos Jones e o Vertical Pulsante de Alto Gradiente Aluno Matheus Conrado Costa Orientadora Profa Rísia Magriotis Papini Maio 2014 Matheus Conrado Costa Estudo Comparativo Entre os Separadores Magnéticos Jones e o Vertical Pulsante de Alto Gradiente Monografia apresentada à Universidade Federal de Minas Gerais como requisito parcial para obtenção do título de Pós Graduação em Engenharia de Recursos Minerais Área de concentração Processamento de Minérios de Ferro Professora orientadora Rísia Magriotis Papini Belo Horizonte Universidade Federal de Minas Gerais Maio 2014 Costa Matheus Conrado C837e Estudo comparativo entre os separadores magnéticos Jones e o vertical pulsante de alto gradiente manuscrito Matheus Conrado Costa 2014 39 f enc il Orientadora Rísia Magriotis Papini Monografia apresentada à Universidade Federal de Minas Gerais como requisito parcial à obtenção do Título de PósGraduação em Engenharia de Recursos Minerais Bibliografia f 3839 1 Minas e recursos minerais 2 Separação magnética de minério I Papini Rísia Magriotis II Universidade Federal de Minas Gerais Escola de Engenharia III Título CDU 622 DEDICATÓRIA Dedico este trabalho aos meus pais AGRADECIMENTOS A Professora Rísia Magriotis Papini minha orientadora por sua atenção durante a elaboração deste trabalho Aos membros da Banca Examinadora pela leitura do texto e pelas sugestões oferecidas ao trabalho A minha namorada Marina que muito me apoiou ao longo do curso e da elaboração deste trabalho Ao meu irmão por todo incentivo Aos amigos e amigas que não foram citados e que sempre estiveram comigo me auxiliando SUMÁRIO 1 INTRODUÇÃO 10 2 OBJETIVO E RELEVÂNCIA 12 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 13 31 Princípios da Separação Magnética 13 32 Separador Magnético Tipo Jones 15 33 Separador Magnético Tipo SLon Separador magnético vertical pulsante de alto gradiente 20 34 Aplicações 24 341 Aplicação na recuperação de lamas 24 342 Aplicação na recuperação minério de ferro 25 35 Comparação Entre os Separadores Magnéticos Tipo Jones e SLon 30 351 Sistema de Matrizes 30 4 CONCLUSÕES 36 5 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 37 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 38 LISTA DE FIGURAS Figura 1 Métodos de concentração magnética de minérios de ferro faixas granulométricas de melhor aplicação Fonte Roberto 2010 Modificado 15 Figura 2 Separador Magnético Jones Fonte Araujo 2010 Modificado 16 Figura 3 Vista em perspectiva de um separador Jones Fonte Svoboda 2004 17 Figura 4 Separador magnético G3600 Fonte Gaustec 2011 18 Figura 5 WHIMS Tetrapolar Modelo GX3600 Fonte Ribeiro 2010 18 Figura 6 SLon Fonte Outotec 2013 Modificado 21 Figura 7 Principio de funcionamento do SLon Fonte Outotec 2013 Modificado 21 Figura 8 Efeitos da variação de frequência no mecanismo de pulsação Fonte Outotec 2013 Modificado 22 Figura 9 Planta de Gong Changeling Fonte Dahe 1996 Modificado 26 Figura 10 Diferença entre o sistema de matrizes WHIMS E SLon Fonte Outotec 2013 Modificado 32 Figura 11 Planta de Diao Juntai Dahe 2007 Modificado 33 Figura 12 Fluxograma da nova rota de concentração do minério da mina de Fábrica para melhora da qualidade do Pellet Feed Fonte Santos 2009 34 LISTA DE TABELAS Tabela 1 Capacidade de alimentação th Fonte Gaustec 2011 Modificada 20 Tabela 2 Especificações dos separadores SLon Fonte Outotec 2013 23 Tabela 3 Teste com Concentrador Magnético Rejeito Final das Espirais de Água Limpa Fonte Oliveira 2010 Modificado 25 Tabela 4 Resultados médios dos testes comparativos Fonte Dahe 1996 27 Tabela 5 Comparação da Operação Fonte Fonte Dahe 1996 27 Tabela 6 Resultados comparativos entre SLon1500 x WHIMS200 Fonte Zeng e Dahe 2003 28 Tabela 7 Aplicação da separaçãoconcentração magnética nas principais minas de ferro do Brasil Fonte Santos 2010 apod Oliveira 2006 29 Tabela 8 Comparação do consumo de eletricidade Fonte Dahe 1996 30 Tabela 9 Relação entre tamanho da haste e tamanho da maior partícula na Matriz Fonte Outotec 2013 31 LISTA DE SÍMBOLOS B Densidade Magnética H Força de Magnetização μ Permeabilidade Magnética do Meio Ψ Indução magnética do material J Magnetização de um material 𝑘 Susceptibilidade magnética π Pi T Tesla RESUMO O objetivo deste trabalho foi comparar os separadores magnéticos Jones e SLon bem como explicar os princípios da separação magnética de minérios e apresentar o princípio de funcionamento dos separadores Os separadores magnéticos utilizam das propriedades magnéticas pressentes nos minerais para classificálos de acordo com sua susceptibilidade magnética em ferromagnéticos paramagnéticos e diamagnéticos A aplicação dos separadores na recuperação minerais magnéticos contidos em lamas e sua utilização em plantas de tratamento de minérios de ferro é abordada através de casos extraídos da bibliografia Na comparação entre os separadores magnéticos tem seu foco nos sistemas de matrizes pois verificouse com base nos trabalhos estudados que os separadores SLon e Jones temse como principal diferença o sistema de matrizes onde destacamse os problemas de entupimento dos separadores Jones e o sistema de matrizes vinculado a pulsação do SLon ABSTRACT The objective of this study was to compare magnetic separators Jones and SLon as well as explain the principles of magnetic separation of minerals and present the working principle of the tabs Magnetic separators utilize the magnetic properties present in minerals to classify them according to their magnetic susceptibility in ferromagnetic paramagnetic and diamagnetic The application of magnetic separators in mineral recovery contained in sludge and its use in treatment plants iron ore is approached through cases extracted from the literature In comparing the magnetic separators focuses on matrix systems since it was found based on the work that studied SLon and Jones tabs has as main difference the system matrices which highlight the problems of clogging Jones tabs and the system matrices linked to heartbeat SLon 10 1 INTRODUÇÃO A separação magnéticas é um processo de concentração de minérios que se utiliza das propriedades magnéticas dos minerais presentes nos minérios para classificálos Os minerais magnéticos são classificados de acordo com sua susceptibilidade magnética em ferromagnéticos paramagnéticos e diamagnéticos Os equipamentos de separação magnética inicialmente concebidos utilizavam campos magnéticos de baixa intensidade e com o passar dos anos e evolução da tecnologia foram surgindo equipamentos com campos magnéticos que podem ser fixos ou variados e cada vez mais elevados com o auxílio do sistema de matrizes Separadores magnéticos são utilizados principalmente para concentração de hematita manganês titânio e outros minerais magnéticos fracos bem como para a purificação de caulim zircônio quartzo feldspato e outros materiais não magnéticos Os separadores magnéticos de alta intensidade a úmido WHIMS são largamente utilizados no processo de concentração de minérios de ferro Nos últimos anos surgiu na China um novo equipamento que junta a jigagem ao processo de separação magnética o separador magnético vertical pulsante de alto gradiente VPHGMS comumente chamado de SLon Como estes equipamentos podem ser utilizados em classes granulométricas semelhantes é de grande importância um estudo que possa definir a aplicabilidade de cada um dos modelos destacando suas características principais bem como tentando definir qual o mais adequado a cada faixa granulométrica tendo em vista que ambos trabalham em faixas granulométricas entre 001 mm e 1 mm aproximadamente Com a explotação de jazidas de minérios de ferro com teores cada vez mais baixos e as crescentes demandas de mercado a utilização de métodos de concentração magnéticos tende a ser cada vez mais aplicada em maiores escalas Araujo 2010 destaca a influência dos custos de implantação da uma rota de separação magnética uma vez que o custo de implantação de separadores é cinco vezes maior que 11 o custo de uma rota de concentração que utiliza a flotação Mas devese ressaltar que os custos operacionais da separação magnética é três vezes menor que o custo da flotação Assim devese avaliar o período de utilização da planta pois ao se considerar períodos superiores a 10 anos a opção de se adotar a separação magnética passa a ser mais vantajosa 12 2 OBJETIVO E RELEVÂNCIA Os objetivos deste trabalho são explicar os princípios da separação magnética de minérios apresentar os separadores magnéticos tipo Jones e SLon comparar estes separadores quanto as suas variáveis Existem diferentes tipos de separadores magnéticos de modo que cada um deles pode ser ajustado para um número limitado de aplicações A escolha é influenciada por vários fatores e dependendo da forma como o equipamento está articulado podese montar diversos arranjos a serem aplicados a diferentes contextos e materiais A dimensão das partículas e as propriedades magnéticas do material a ser tratado são as variáveis mais importantes que determinam a escolha da técnica de separação magnética Ao se pesquisar a respeito do separador tipo SLon notase a ausência de trabalhos que não sejam oriundos da China portanto é muito importante tratar essas informações de forma que se possa compreender seu funcionamento e assim comparálo com sistemas mais difundidos e utilizados no Brasil Observase também que há muitos estudos que utilizam da separação magnética para caracterização tecnológica de minérios mas não se encontram muitos estudos onde a comparação entre métodos de separação magnética seja alvo principal da linha de pesquisa 13 3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 31 Princípios da Separação Magnética A separação magnética é um método de concentração que utiliza as propriedades magnéticas dos minerais para classificalos e assim promover sua concentração A propriedade de um material que determina sua resposta a um campo magnético é chamada de susceptibilidade magnética De acordo com essa propriedade os minerais são classificados em duas categorias os que são atraídos pelo campo magnético e os que são repelidos por ele Assim os materiais atraídos pelo campo são reclassificados em ferromagnéticos que são mais fortemente atraídos pelo campo e os paramagnéticos que são atraídos fracamente Os repelidos pelo campo classificamse como diamagnéticos LUZ 2010 As grandezas vetoriais que atuam no campo magnético são a densidade magnética B e intensidade de campo H de acordo com sistema internacional SI são medidas em Tesla T Onde B é número de linhas de indução que passam através da partícula do mineral e H é a força de magnetização que induz a passagem das linhas de indução através da partícula LUZ 2010 Tais grandezas são vetoriais e portanto possuem módulo direção e sentido e estão relacionadas pela Equação 31 B μH 31 Onde μ é a permeabilidade magnética do meio No vácuo μ pode ser igual a μ0 para fins práticos μ0 4 π 107Hm1 A experiência mostra que quando se coloca uma partícula mineral fracamente magnética em determinado campo H de uma dada região do espaço o fluxo magnético B é acrescido do valor Ψ tal que B H Ψ 32 14 Ψ Indução magnética do material O seu valor no ar é muito pequeno e dessa forma podese tomar o valor de B igual a H É muito comum referirse apenas à magnetização J de um material que é a ação de criar linhas de indução magnética ou um campo magnético em uma substância ou em uma região determinada do espaço A relação entre a indução magnética e a magnetização é expressa por Ψ 4πJ 33 Concluise que a Equação 32 pode ser escrita da forma B H 4πJ 34 A razão adimensional entre J magnetização e H intensidade de campo é chamada de susceptibilidade magnética k ou seja k J H 35 Para materiais paramagnéticos k é uma constante positiva e de baixo valor não ultrapassando normalmente ao valor de 103 Para os materiais diamagnéticos k é uma constante negativa usualmente menor em módulo que 105 A susceptibilidade magnética de um material ferromagnético é variável e depende do campo de magnetização da natureza e do manuseio da amostra Os materiais ferromagnéticos são na sua maioria referenciados em termos da permeabilidade magnética μ e de acordo com a Equação 31 temse μ B H 36 Das relações 34 35 e 36 concluise que μ 1 4πk 37 15 Assim o fenômeno que governa a separação magnética está relacionado ao comportamento das partículas de minerais diferentes quando expostas a um mesmo campo magnético e às forças magnéticas que atuam sobre elas A figura 1 apresenta os métodos magnéticos de concentração de minérios de ferro de acordo com suas faixas granulométricas de melhor aplicação Figura 1 Métodos de concentração magnética de minérios de ferro faixas granulométricas de melhor aplicação Fonte Roberto 2010 Modificado 32 Separador Magnético Tipo Jones O separador magnético tipo WHIMS wet high intensive magnetic separator é um concentrador de via úmida que utiliza um campo magnético de alta intensidade para promover a separação entre minerais magnéticos e não magnéticos É utilizado para a recuperação de minérios com granulometria inferior a 10 mm a um baixo custo operacional Araújo 2010 destaca que dentre esse tipo de equipamento o Separador Jones é o mais consagrado vide figuras 2 e 3 16 Figura 2 Separador Magnético Jones Fonte Araujo 2010 Modificado Os separadores Jones consistem em grandes estruturas de aço onde consta um anel rotativo chamado de carrossel que atravessa um campo magnético no qual são instaladas as matrizes que consistem de barras de aço inox arredondado as quais formam um conjunto de malhas magnéticas A alimentação é feita na área onde há a maior intensidade do campo magnético onde as partículas magnéticas são retidas pela matriz ou arrastadas pelo movimento de rotação do carrossel Em um setor de campo magnético de menor intensidade é feita a lavagem das matrizes por jatos de água sob pressão para retirar as partículas magnéticas que são direcionadas a uma calha de coleta Segundo Araujo 2010 as impurezas retidas nas placas são lavadas antes da saída do mineral da área sob influência e evitando a retirada de materiais de interesse 17 Figura 3 Vista em perspectiva de um separador Jones Fonte Svoboda 2004 A separação é obtida com seletividade visto que facilmente se controlam as variáveis operacionais como intensidade de campo elemento de conversão de fluxo taxa de alimentação percentagem de sólidos na polpa velocidade do anel rotativo ou rotor e descarga das partículas magnéticas LUZ 210 A Gaustec produz o separador magnético G3600 Figura 4 um equipamento do tipo Jones utilizado na separação ou concentração de materiais com diferentes respostas magnéticas dimensionado para serviço extrapesado Este equipamento apresenta a melhor relação investimento por tonelada de alimentação do mercado com reduzida área ocupada para as instalações e baixos custos operacionais 18 Figura 4 Separador magnético G3600 Fonte Gaustec 2011 Partindo do seu modelo bipolar G3600 consolidado no mercado desenvolveu o Modelo Tetrapolar GX3600 Pele inversão de polaridade cria uma região onde o campo magnético partindo de um valor máximo na frente de um pólo decresce vetorialmente até zero na direção ortogonal à superfície da placamatriz Após atingir o valor zero tal valor volta a crescer até o valor máximo ao atingir o pólo de polaridade oposta Essa região chamada de Linha Neutra permite a descarga do produto magnético Figura 5 WHIMS Tetrapolar Modelo GX3600 Fonte Ribeiro 2010 19 De acordo com a Gaustec o G3600 pode ser utilizado em processos em que o material magnético é o produto final a ser obtido como por exemplo minérios de ferro minérios de cromo manganês tungstênio zinco níquel tântalo nióbio molibdênio Podendo ser utilizado também para a remoção de impurezas no caso em que o material não magnético é o produto desejado por exemplo areia talco caulim grafite bauxita cassiterita dentre outros Do ponto de vista operacional além do ajuste do campo magnético diversos parâmetros devem ser levados em conta para o ajuste do processo tais como 1 Abertura do Gap das matrizes magnéticas função da granulometria e das características magnéticas do mineral uma abertura de matriz mal planejada em relação a alimentação pode causar entupimentos e paradas constantes para manutenções 2 Velocidade do rotor de 30 a 70 RPM influência diretamente na taxa de recuperação e produção 3 Taxa de alimentação em th taxas mais elevadas pioram a qualidade do produto e aumentam o teor de ferro no rejeito reduzindo a eficiência do processo e taxas mais baixas perdese capacidade do equipamento sem haver uma melhora substancial na qualidade do produto 4 Percentual de sólidos na alimentação afeta a qualidade do material concentrado polpa muito densa dificulta a separação por outro lado polpas muito diluídas reduzem a produtividade por processar água desnecessariamente 5 Pressão de água de lavagem dos médios uma elevada pressão pode ocasionar um aumento de material magnético no rejeito 6 Pressão de lavagem do concentrado uma elevada pressão pode levar a redução da qualidade do concentrado final Araujo 2010 apresenta 2 principais variáveis de controle operacional de um separador magnético primeiro o percentual de sólidos na alimentação tendo em vista que esse parâmetro impacta diretamente na eficiência do processo O Controle é feito pelo operador com base em sua experiência do processo em uma caixa sump de maneira prévia à adição da polpa no separador A segunda variável é a pressão da água de lavagem do concentrado e do material intermediário Uma pressão muito alta na retirada do 20 material intermediário pode significar perda de material de interesse Por outro lado pressão baixa não é eficaz para a retirada da impureza Já o jato de água para a retirada do mineral magnético uma pressão muito alta causa perda de água desnecessariamente sendo que uma pressão baixa pode não ser suficiente para a sua retirada A tabela 1 apresenta a capacidade de alimentação para os diferente separadores Jones produzidos pela Gaustec que variam de acordo com os Gaps aberturas Os valores são para minério de ferro com 50 de sólidos Tabela 1 Capacidade de alimentação th Fonte Gaustec 2011 Modificada GAP 15 mm 25 mm 38 mm 50 mm G3600 180 th 240 th 350 th 400 th GX800 360 th 480 th 700 th 800 th GX500 240 th 300 th 460 th 520 th GX300 120 th 160 th 240 th 280 th GHP400 180 th 240 th 350 th 400 th GHP150 120 th 150 th 240 th 260 th 33 Separador Magnético Tipo SLon Separador magnético vertical pulsante de alto gradiente A alternativa recente para separação magnética são os separadores magnéticos verticais pulsantes de alto gradiente a úmido que tem origem chinesa Os separadores magnéticos SLon utilizam os campos de força combinados do magnetismo fluido pulsante e gravidade para beneficiamento de minerais finos fracamente magnéticos Eles possuem as vantagens de alta eficiência baixo custo operacional e alta confiabilidade DAHE 1996 A figura 6 ilustra o separador SLon comercializado pela Outotec no Brasil 21 Figura 6 SLon Fonte Outotec 2013 Modificado SLon de alto gradiente possui as vantagens da grande relação de beneficiamento de alta eficiência de processamento mineral de alta resistência da matriz ao entupimento alto rendimento alta confiabilidade e disponibilidade DAHE 2004 Figura 7 Principio de funcionamento do SLon Fonte Outotec 2013 Modificado Svoboda 2004 descreve o princípio de funcionamento do equipamento também ilustrado pela figura 7 O gerador de impulsos induz impulsos verticais na lama no interior 22 da matriz as partículas são assim expostos à força de pulsação que é muito maior do que a força de gravidade e atua em ambas as direções Pela pulsação as partículas não magnéticas em suspensão são removidos mecanicamente da matriz o que resulta no melhoramento da qualidade do concentrado magnético Ao mesmo tempo a pulsação permite que as partículas magnéticas na suspensão passem a ser expostas a toda a profundidade da matriz o que aumenta a recuperação do componente magnético O mecanismo de pulsação do SLon funciona através um diafragma acionado que proporciona pulsação na zona de separação para auxiliar o desempenho de separação Com a agitação da lama mantemse as partículas mais livres minimizando o aprisionamento Este mecanismo também maximiza a acumulação de partículas em todos os lados da matriz criando uma maior área de superfície para a coleta como pode ser visto na figura 8 Figura 8 Efeitos da variação de frequência no mecanismo de pulsação Fonte Outotec 2013 Modificado Outro benefício é reduzir o impulso da partícula o que ajuda a captura das partículas pela força magnética aplicada e promove a retirada das partículas não magnéticas da matriz Efeitos que o tornam mais eficiente e aumentam sua capacidade de produção A tabela 2 apresenta as especificações dos separadores SLon produzidos pela Outotec 23 Tabela 2 Especificações dos separadores SLon Fonte Outotec 2013 Especificações modelos 100 lab 500 Escala piloto 750 Escala piloto 750II Industrial 1000 Industrial 1250 Industrial 1500 Industrial 1750 Industrial 2000 Industrial 2500 Industrial 3000 Industrial 4000 Industrial Diâmetro do Anel mm na 500 750 750 1000 1250 1500 1750 2000 2500 3000 4000 Capacidade a seco nominaltph Lote 003 013 006 025 24 46 616 1527 2545 4570 70125 125225 225450 Taxe de transferência de suspenção nominalm3h na 025 050 0510 510 1020 2050 50100 75150 100200 200400 350650 5501050 Concentração da alimentação ty p na 1040 1040 1040 1040 1040 1040 1040 1040 1040 1040 1040 Força de campo disponíveis T 12 e 17 10 10 10 10 10e13 10e13 06 10 e 13 06 10 e 13 06 10 e 13 10 10 Retificador de potência instalada ty pkVA 31 31 31 31 30 55 69 70 75 94 133 158 Potência do motor ty pkW 075 074 13 225 33 37 7 8 13 22 37 74 Volume de água de descarga m3h Lote 07515 1525 58 1020 3045 6090 80120 100150 200300 250530 6001200 Volume de água de refrigeração m3h 4 4 5 4 5 6 8 11 12 15 20 24 Peso Total kg 1100 1500 3000 4000 6000 14000 20000 35000 50000 105000 175000 398000 Dimensões CxLxAmm 1600 800 1600 1800 1400 1320 2000 1360 1680 2250 1700 1680 2700 2000 2400 3200 2340 2700 3600 2900 3200 3900 3300 3800 4200 3550 4200 5800 5000 5400 6600 5300 6400 8000 6000 7400 24 34 Aplicações 341 Aplicação na recuperação de lamas Uma das aplicações da separação magnética é recuperação de hematita contida em lamas espessadas Silva e Luz 2013 apresentam um estudo onde foi comparada a ação dos separadores Jones e SLon em escala piloto onde foi simulado um circuito de esgotamento seguido de limpeza do concentrado O material utilizado nos ensaios foi o underflow do espessador de uma usina de tratamento de minério de ferro do Quadrilátero Ferrífero onde o principal contaminante a sílica encontrase totalmente livre de minerais de ferro SILVA e LUZ 2013 Os resultados apontaram que a melhor recuperação foi obtida com a utilização do separador tipo Jones que permitirá a adoção de uma planta típica recebendo 25 Mt ano de run of mine com um teor de ferro de 45 a recuperação metalúrgica foi de 82 e produção de 16 Mt de concentrado por ano Foi alcançada eficiência operacional de 85 para o tratamento de 20 t h de underflow do espessador Oliveira 2010 apresenta um estudo da implantação de uma etapa de concentração magnética nos rejeitos das espirais com o intuito de aumentar a recuperação metalúrgica do minério de ferro na Usina da Mina de Água Limpa Foram realizados seis testes apresentados na tabela 3 onde se variava a intensidade do campo magnético e pressão da agua de lavagem O teste 3 apresentou a melhor recuperação metalúrgica e melhor recuperação em massa A utilização de um separador magnético proporciona um concentrado que dá para ser blendado ou se tornar um novo produto Uma vez que houve redução dos teores de ferro do rejeito que baixaram de 20 ferro para 3 ferro obtendo otimização da reserva e aumento da vida útil das pilhas de estéril 25 Tabela 3 Teste com Concentrador Magnético Rejeito Final das Espirais de Água Limpa Fonte Oliveira 2010 Modificado Teste Campo Gauss Água ml10s Massa g RM Fe SiO2 Al2O3 P Rec Met 1 3000 500 1167 1000 2104 6869 032 002 560 219 188 630 919 041 002 948 812 1138 8247 030 002 2 3000 1000 2311 1000 1971 7041 029 001 380 275 119 630 851 038 002 2036 881 1384 7877 028 001 3 6000 500 2026 100 2123 6852 031 002 930 666 329 600 1282 050 002 1360 671 219 9583 021 001 4 6000 1000 1959 1000 2039 6997 031 002 830 533 272 620 1009 049 002 1426 728 486 9234 024 001 5 6000 1500 1999 1000 2072 6950 029 002 870 578 289 620 1006 048 002 1421 711 392 9367 022 001 6 6000 2000 2116 1000 2073 6976 028 001 870 617 292 620 999 047 002 1499 708 367 9442 020 001 342 Aplicação na recuperação minério de ferro A utilização de separadores SLon em plantas de tratamento de minérios de ferro é bem difundida na China onde já vem sendo utilizado em mais de 30 usinas de tratamento Podese destacar dois grandes sucessos de utilização do SLon O primeiro é um caso apresentado por Dahe 1996 da Gong Changeling Mineral Processing Plant of Anshan Iron and Steel Company que trabalha com teores de ferro muito baixos e com um minério contendo principalmente magnetita maghemita e hematita associados ao quartzo e outros minerais de ganga Figura 9 26 Figura 9 Planta de Gong Changeling Fonte Dahe 1996 Modificado No circuito de tratamento eram utilizados na recuperação do ferro 5 separadores magnéticos WHIMS2000 com matriz de abertura de 2 mm que causavam sempre entupimentos com partículas mais grossas exigindo sempre muita manutenção Na intenção de solucionar estes problemas com entupimento das matrizes seriam feitos testes em paralelo com o SLon2000 buscando eliminar os problemas de entupimento e melhorar a recuperação de ferro Os resultados estão expostos nas tabelas 4 e 5 27 Tabela 4 Resultados médios dos testes comparativos Fonte Dahe 1996 Separador Taxa Fe Massa de concentrado Recuperação de ferro Alimentação Concentrado Lamas SLon 2000 2594 4121 1074 4989 7925 WHIMS 2000 2594 3400 1615 5485 7189 Diferença 0 721 541 496 736 Tabela 5 Comparação da Operação Fonte Fonte Dahe 1996 Separador Tempo h Tempo de trabalho Moinho de Bolas h Operação Taxa de Operação Problemas na Matriz e anel Outros Problemas SLon 2000 4344 4270 4220 988 0 50 WHIMS 2000 4344 4270 3351 785 793 126 Diferença 0 0 869 203 793 76 Dahe mostra que o separador SLon pode atingir um grau de recuperação muito mais elevado para o concentrado tem uma taxa de operação maior e não apresenta problemas de entupimento Isso ocorre principalmente devido ao fato que a matriz é mantida sempre limpa através da pulsação e que a força magnética sobre as partículas minerais de ferro é mais forte Segundo Dahe o consumo de água e energia dos dois separadores foi semelhante 28 O Segundo caso é o da Qidashan Mineral Processing Plant apresentado por Zeng e Dahe 2003 que processa 8 milhões de toneladas de minério de ferro por ano onde hematita magnetita e limonita são os principais minerais de ferro A planta de processamento é dividida em duas linhas a linha 1 onde a fração fina é processada e o fluxograma diretor consiste de moagem separação por gravidade separação magnética e flotação O concentrado final de ferro pode chegar a 66 Fe A fração grossa é processado através da produção linha 2 o fluxograma original era moagem separação magnética de baixa intensidade LIMS No entanto o concentrado final de ferro só poderia atingir 63 Fe e não poderia atender aos requisitos metalúrgicos Para solucionar os problemas da linhas 2 está passou a operar de acordo com a linha 1 que utilizavam cinco separadores magnéticos tipo WHIMS2000 que sempre apresentavam entupimento Assim um SLon1500 foi instalado em paralelo com os cinco WHIMS2000 para processar os mesmos minerais Devido ao seu excelente desempenho Tabela 6 o fluxograma de processamento de linha de produção 2 foi reformado com dez separadores SLon1750 Tabela 6 Resultados comparativos entre SLon1500 x WHIMS200 Fonte Zeng e Dahe 2003 Separador Taxa Fe Massa do concentrado Recuperação de ferro Alimentação Concentrado Lamas SLon 1500 1578 3006 910 3187 6071 WHIMS 2000 1578 2627 1164 2830 4711 Diferença 0 379 254 357 1360 O separador Jones é utilizado em larga escala no Brasil em processos de concentração e recuperação de minério de ferro Santos 2010 mostra na tabela 7 as minas da empresa Vale onde são aplicadas a separação magnética 29 Na concentração de minérios a principal aplicação da separação magnética a úmido de alta intensidade é feita em Itabira MGBR onde são usados separadores de carrossel tipo Jones na concentração de hematita O uso desse tipo de separador no início dos anos 70 permitiu viabilizar o aproveitamento de itabiritos que até então não eram considerados minério de ferro Tabela 7 Aplicação da separaçãoconcentração magnética nas principais minas de ferro do Brasil Fonte Santos 2010 apod Oliveira 2006 Mina Empresa Equipamento Granul Alim mm Campo Magnético Gauss Nº Equip Estágio Rougher Nº Equip Estágio Cleaner Nº Equip Estágio Scavenger Cauê Vale Jones DP317 Sinter Feed 100 015 9000 5 5 Cauê Vale Jones DP317 Pellet Feed 015 9000 18 Conceição Vale Jones DP317 Sinter Feed 100 015 9000 6 Conceição Vale Jones DP317 Pellet Feed 015 9000 12 Timbopeba Vale WDRE 100 6000 6 Fábrica Vale Jones DP317 Pellet Feed 100 9000 5 7 Feijão Vale Jones DP317 Pellet Feed 100 9000 2 Brucutu Vale WDRE 100 015 6000 9 Brucutu Vale Jones SHP3200 Sinter Feed 100 015 9000 12 8 Alegria Vale WDRE 100 015 6000 4 Alegria Vale Jones DP317 Sinter Feed 100 015 9000 4 2 Mutuca Vale Ferrous Wheel 015 2400 5 Jangada Vale WDRE 100 015 6000 2 Jangada Vale Ferrous Wheel 015 2400 2 Pico Vale WDRE 100 015 6000 4 Pico Vale WHC EriesInbrás 100 015 15000 6 3 30 35 Comparação Entre os Separadores Magnéticos Tipo Jones e SLon Apesar de apresentarem algumas distinções podem ser feitas algumas comparações entres os dois tipos de separadores magnéticos na tabela 8 Dahe 1996 faz uma comparação entre o consumo energético dos separadores Jones e SLon Tabela 8 Comparação do consumo de eletricidade Fonte Dahe 1996 Separador Potência instalada Kw Potência medida Kw Unidade de consumo de energia Kwht SLon2000 Energização 82 416 086 Condução 5575 4156 Total 95 513 WHIMS 2000 Energização 52 26 112 Condução 25 188 Total 77 448 Diferença 18 65 026 351 Sistema de Matrizes A avaliação entre os sistemas de matrizes utilizado nos equipamentos de separação magnética é muito importante pois afetam diretamente as taxas de recuperação Um sistema de matrizes bem elaborado pode apresentar grandes vantagens uma vez que influencia o campo magnético atraindo mais partículas magnéticas e diminui a probabilidade de entupimento dependendo de sua abertura Características estas que refletem diretamente nos resultados de recuperação Segundo Luz 2010 no processo de seleção da matriz devem ser feitas entre outras as seguintes considerações Gradiente máximo de campo Área superficial de captação por unidade de volume da zona da matriz 31 Capacidade de limpeza da matriz remoção das partículas magnéticas com rapidez para manter o sistema de fluxo contínuo Porosidade da matriz para permitir a vazão da polpa caso ela tenha um valor muito baixo é necessária maior pressão para obter a vazão ideal sem obstrução O material usado na fabricação das matrizes deve reter o mínimo de magnetização quando as mesmas são removidas do campo no caso de a matriz reter quantidade significativa de magnetização tornase impossível a remoção das partículas magnetizadas O SLon utiliza uma matriz filamentar construída de barras de aço para acomodar várias faixas de tamanho de alimentação A tabela 9 tras a relação entre tamanho da haste e tamanha da maior partícula na matriz As hastes são orientadas perpendicularmente ao campo magnético aplicado para permitir uma ótima força magnética minimizando o risco de aprisionamento de partículas quando em comparação com as placas com ranhuras Outotec 2013 Tabela 9 Relação entre tamanho da haste e tamanho da maior partícula na Matriz Fonte Outotec 2013 Seleção de Materiais da Matriz Haste mm A maior das partículas mm 1 06 15 08 2 12 3 15 4 20 5 30 32 Os separadores WHIMS utilizam matrizes ferromagnéticas que consistem de barras de aço inox arredondado as quais formam um conjunto de malhas magnéticas com abertura selecionada em função da granulometria do material 12 mm e da quantidade relativa das fases magnéticas A figura 10 mostra a diferença entre o sistema de matrizes dos separadores SLon e WHIMS onde podese notar que o separador SLon apresenta certas vantagens em relação ao WHIMS tais como um melhor espaçamento entre as matrizes maior número de linhas de fluxo magnético e alimentação e água de lavagem aplicados em sentidos diferentes Figura 10 Diferença entre o sistema de matrizes WHIMS E SLon Fonte Outotec 2013 Modificado Analisando a planta de Diao Juntai Figura 11 apresentada por Dahe 2007 que processa minério de ferro oxidado contendo hematita e magnetita notase que durante a utilização do separador Shp3200 WHIMS tinhase uma menor recuperação pois as ranhuras das placas das matrizes magnética eram mais fáceis de entupir apresentando uma disponibilidade em torno de 80 a 90 por cento No caso do separador SLon a disponibilidade era de 98 99 utilizando um SLon2000 que apresentava um bom resultado apesar da alimentação conter apenas 3050 Fe 6750 de Fe no concentrado 998 na lama e recuperação de ferro 7894 33 Figura 11 Planta de Diao Juntai Dahe 2007 Modificado 34 Um exemplo da utilização do separador Jones é apresentado por Santos 2009 na figura 12 onde foi realizado um estudo para definição da rota de concentração do minério da mina de Fábrica para melhorar a qualidade do Pellet Feed lá produzido Para a fração 1015mm a melhor rota de processo envolveu duplo estágio de Jones onde foram realizados testes de concentração magnética de alta intensidade com variação do GAP campo e água de médio nos estágios rougher e cleaner Figura 12 Fluxograma da nova rota de concentração do minério da mina de Fábrica para melhora da qualidade do Pellet Feed Fonte Santos 2009 35 Segundo Santos 2009 a utilização de um GAP de 25mm no estágio rougher causou problemas de entupimento das matrizes devido ao aumento da intensidade do campo magnético que aprisiona as partículas de magnetita e hematita martítica que não conseguem se desprender das matrizes quando passam nos sprays de concentrado Os testes de separação magnética apresentaram bons resultados atingindo as especificações do produto desejada que era teor de SiO2 igual a 290 O circuito apresentou uma recuperação de 7742 Assim observase que em ambos os casos apresentados o entupimento do sistema de matrizes do separador Jones é um problema constante sendo necessários a realização de testes preliminares para definição de variáveis como de taxa de alimentação e abertura dos GAPs na busca de se obter um melhor resultado no produto final 36 4 CONCLUSÕES Deste trabalho observase que os avanços da separação magnética trazem novos horizontes ao tratamento de minérios uma vez que com o aumento das intensidades magnéticas produzidas pelos equipamento mais recentes podese melhorar o rendimento das usinas hoje instaladas e utilizarse da separação magnética para o tratamento de barragens de rejeitos que contem materiais com concentrações de ferro consideradas baixas no passado mas que vem a ser economicamente viáveis com o uso desta tecnologia Entre os separadores SLon e Jones temse como principal diferença o sistema de matrizes O sistema utilizado no separado Jones é citado em diversos trabalhos como sendo muito problemático causando grandes paradas para manutenção enquanto as matrizes do SLon são destacadas por não apresentarem entupimentos uma vez que se mantem sempre limpas graças ao sistema de pulsação que é vinculado a ele Sendo o separador Jones utilizado na concentração eou separação magnética em diversas usinas de tratamento de minérios de ferro no Brasil podese ter nas próximas décadas uma inserção dos separadores magnéticos verticais pulsantes nas novas plantas bem com sua utilização em paralelo nas plantas já existentes Observase também uma necessidade de estudos com relação aos entupimentos que ocorrem frequentemente no sistema de matrizes dos separadores magnéticos tipo Jones de modo a se obter parâmetros que auxiliem na melhor eficiência deste equipamento visto sua grande difusão no mercado 37 5 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 1 Avaliar a aplicação do separador SLon as características dos minérios Brasileiros bem como sua aplicação na recuperação de barragens 2 Avaliação do sistema de matrizes do separador WHIMS para sugestão de melhorias e aperfeiçoamentos para evitar entupimentos 3 Analise econômica da implantação de separadores SLon em usinas de tratamento brasileiras 38 6 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ARAUJO L R Malhas de Controle Típicas no Beneficiamento a Úmido de Minério de Ferro 2010 51f Monografia Pósgraduação em Engenharia Mineral Escola de Minas Universidade Federal de Ouro Presto Ouro Preto 2010 DAHE X Development and Commercial Test of Slon2000 Vertical Ring and Pulsating HighGradient Magnetic Separator Magnetic and Electrical Separation Vol8 pp89100 Maio 1996 Disponível em httpwwwresearchgatenetpublication50300486SLonMagneticSeparatorsAppli edintheIlmeniteProcessingIndustry DAHE X SLon Magnetic Separators Applied in the ilmenite Processing Industry Physical Separation in Science and Engineering SeptemberDecember 2004 Vol 13 No 34 pp 119126 Disponível em httpdownloadshindawicomarchive2004205719pdf DAHE X SLon Magnetic Separators Applied in Various Industrial Iron Ore Processing Flow Sheets IRON ORE PROCEEDINGS CDROM EDITION 245250 Iron ore CONFERENCE Iron ore Perth WA 20 22 Agosto 2007 GAUSTEC MAGNETISMO G3600 2011 Disponível em httpgausteccombrprodutosg3600 LUZ AB SAMPAIO JA FRANÇA SCA Tratamento de Minérios 5a Ed Rio de Janeiro CETEM 2010 capitulo 9 p365395 OUTOTEC SLon Vertically Pulsating Highgradient Magnetic Separator Finlândia 2013 Disponível em httpwwwoutoteccomImageVaultFilesid958d1 cf2OTESLonverticallypulsatinghighgradientmagnetPDF RIBEIRO JP RIBEIRO CHT GX3600 o maior separador magnético do mundo até 800 th Revista da Escola de Minas Ouro Preto 691694 out dez 2010 39 ROBERTO J B Influência dos Diversos Tipos Litológicos nas Operações de Concentração da Instalação de Beneficiamento de Brucutu 2010 219 f Dissertação Mestrado em Engenharia Metalúrgica e de Minas Escola de Engenharia Universidade Federal de Minas Gerais Belo Horizonte 2010 SANTOS William Kaiser dos Rotas de processo para concentração de minérios itabiríticos e hematíticos da Mina de Fábrica Mestrado Curso de PósGraduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas Universidade Federal de Minas Gerais Belo Horizonte 2009 Disponível em httpwwwppgemengufmgbrdefesas1263MPDF SILVA Maximiliano Batista da e LUZ José Aurélio Medeiros da Concentração magnética esgotadora de ultrafinos itabiritos Rem Rev Esc Minas online 2013 vol66 n4 pp 499505 ISSN 03704467 Disponível em httpdxdoiorg101590S037044672013000400015 SVOBODA Jan Magnetic Techniques for the Treatment of Materials United States of America Kluwer Academic 2004 capitulo 2 p 67162 ZENG W DAHE X The latest application of SLon vertical ring and pulsating highgradient magnetic separator Minerals Engineering 2003 n16 p563565