separação em meio denso

Caracterização Mineralógica e
Tecnológica de Minérios
Métodos e Propriedades de Separação
Separação em Meio Denso
Introdução
 A concentração gravítica pode ser definida como um processo no
qual partículas de diferentes densidades, tamanhos e formas são
separadas uma das outras por ação da força de gravidade ou por
forças centrífugas
 Os principais mecanismos atuantes no processo de concentração
gravítica são os seguintes:
a) aceleração diferencial;
b) sedimentação retardada;
c) consolidação intersticial;
d) velocidade diferencial em escoamento laminar.
e) ação de forças cisalhantes.
Aceleração diferencial
• A equação de movimento de uma partícula
sedimentada em um fluido viscoso de
densidade ρ é:
m = massa do mineral;
m’ = massa do fluido deslocado;
a = aceleração;
R = resistência do fluido ao movimento da partícula;
g = aceleração da gravidade;
Para Vo = 0 tem-se:
dv/dt = (1- ρ/d)g
Sedimentação Retardada
• O movimento em queda impedida é
caracterizado pelo movimento de uma
partícula numa polpa.
D1/D2 = [(d2-1)/(d1-1)]m
D1 = Diâmetro da partícula 1
D2 = Diâmetro da partícula 2
d1 = Densidade da partícula 1
D2 = Densidade da partícula 2
O expoente m varia de 0,5 para partículas
pequenas (<0,1mm) obedecendo à lei de Stokes,
a 1, para partículas grossas (>2mm) obedecendo
à lei de Newton.
Consolidação Intersticial
• As partículas grosseiras, ao se depositarem
primeiramente, deixam entre si espaços vazios
(interstícios) que serão percorridos por partículas
menores até que fiquem retidas nestes interstícios.
• Este fenômeno é denominado consolidação intersticial.
Velocidade Diferencial em
escoamento laminar
 O movimento de partículas dentro de um fluido em
escoamento livre e laminas é afetado pela inclinação da
superfície onde ocorre o movimento, pela espessura da
camada de fluido, pelo coeficiente de atrito entre as
partículas e pela rugosidade da superfície.
 Considerando-se partículas com a forma de prismas,
quanto maior o seu número de lados, menor será o seu
coeficiente de atrito, o que implicará numa maior
tendência ao rolamento.
Ação de forças cisalhantes
• O esforço de cisalhamento pode surgir de uma polpa
fluindo sobre uma superfície inclinada ou ser produzido
pelo movimento da superfície ou, ainda, pela combinação
dos dois.
• A força (FB), originada desde efeito, que atua na partícula é
proporcional ao quadrado do seu raio.
FB = krp2
FB = força de Bagnold (N);
k = constante;
rp = raio da partícula (m).
Se FR = 0 então:
FB = Fg = 4/3 πrp2 dg
Fg = força da gravidade (N);
g = aceleração da gravidade (m/s2);
d = densidade absoluta da partícula (t/m3).
Se FB > Fg
FR = k1rp2 (1 – k2 rp d)
K1 e k2 são constantes
SEPARAÇÃO EM MEIO DENSO
 Para estudos de laboratório são utilizados líquidos densos
e/ou soluções de sais inorgânicos e, mais raramente,
suspensões para o fracionamento de minerais de densidades
diferentes, com os seguintes objetivos:
• estudo do grau de liberação dos minerais a serem separados;
• investigar a viabilidade técnica de utilização de métodos de separação
gravítica em desenvolvimento de processos;
• controle de ensaios de concentração gravítica;
• levantamento de curvas de partição, envolvendo os principais
parâmetros para projetos de separação em meio denso;
• avaliação qualitativa de produtos de separação gravítica;
• avaliação de desempenho de equipamentos de separação gravítica
(curva de Tromp).
SEPARAÇÃO EM MEIO DENSO
SEPARAÇÃO EM MEIO DENSO

Existem 2 métodos básicos de separação:
•
•
•
Separação estática é feita em suspensões onde atuam somente forças
gravitacionais
Separação dinâmica é caracterizada pelo uso de separadores que
empregam forças centrífugas,
Granulometria aplicada: > 1 mm a < 6 mm. Este limite máximo é
determinado, normalmente, em função dos equipamentos de
separação a serem usados no projeto e das facilidades de manuseio
de material na usina.
SEPARAÇÃO EM MEIO DENSO
 Em meio dinâmico (p. ex. ciclone de meio denso),
a aceleração da gravidade é substituída pela
aceleração centrífuga.
 Portanto, tem-se a seguinte equação para a
separação dinâmica.
Fc = força centrífuga;
Mf = massa do fluido deslocado;
Mp = massa da partícula;
r = raio do ciclone.
v = velocidade tangencial de entrada da
alimentação;
TIPOS DE MEIOS DENSOS
 Principais características: formar suspensão ou solução
estável, não ser corrosivo, possuir baixa viscosidade, não
ser tóxico, ser passível de recuperação, ter fácil ajuste de
densidade e ter baixo custo.
Base aquosa
Densidade
máxima
Nomes comerciais
1,8
Solução de cloreto de zinco
2,2
Solução de cloreto de sódio
2,9
Politungstato de sódio,
matatungstato de sódio, SPT
3,0
Metatungstato de lítio, LMT
3,0
Heteropolitungstato de lítio,
LST
Observações
Dissolução do cloreto muito exotérmica.
Usado basicamente para carvão.
Usado basicamente para carvão
Viscosidade de 7cP, a densidade é 2,5 e de 28cP
para densidade de 2,8
Densidade regulável por adição de H2O, ou sua
eliminação por evaporação a baixa temperatura
Poucas informações disponíveis, provavelmente
similar ao LST
Viscosidade de 5cP a densidade 2,5 ; 10cP para
densidade de 2,8; e de 12,5 para densidade 2,9.
Densidade regulável por adição de H2O, ou sua
eliminação por ebulição
TIPOS DE MEIOS DENSOS
Base orgânica
Densidade
máxima
Nomes comerciais
2,89
Bromofórmio,
tribromometano
2,96
Tetrabromoetano, TBE,
tetrabrometo de
acetileno
3,32
Iodeto de metileno, diiodometano
Observações
Solvente mais comum, etanol. Alta
pressão de vapor, exige capela, muito
tóxico para o fígado, degrada com luz.
Solvente mais comum, etanol. Alta
pressão de vapor, exige capela,
mutagênico e carcinogênico, degrada
com calor, decompõem plásticos e
borrachas.
Solvente mais comum, etileno ou
acetona. Baixa pressão de vapor, porém
capela é indicada. Toxicidade muito
baixa, excelente molhabilidade de
partículas, degrada com luz.
OBSERVAÇÕES
 Líquidos em base aquosa:
• são muito pouco tóxicos (considerando-se manuseio responsável);
• densidades relativamente mais baixas;
• alta viscosidade (problema operacional sério).
 Líquidos orgânicos:
• operação bem mais simples e eficiente;
• podem ser muito tóxicos;
• exigem capela e equipamento de proteção individual bem
dimensionado.
o Iodeto de metileno: maior densidade, viscosidade baixa, excelente
molhabilidade das partículas, e é relativamente menos tóxico do que o
bromofórmio e o TBE.
o Bromofórmio: D = 2,81 a 2,90 – Separação do quartzo e feldspato (D = 2,5 a
2,7); bem mais barato que o iodeto.
DENSIDADE DO MEIO
• Dp- densidade da suspensão;
• Ds - densidade do sólido;
• C - concentração (% peso) do sólido na suspensão.
o Limite da concentração de sólidos das suspensões: 70 a 86% em
peso;
o Podem ser usados os minerais barita, argilas, quartzo moído,
magnetita moída, e ainda ferro-silício (moído ou atomizado) e
chumbo atomizado.
EQUIPAMENTOS
Funil de Separação
•
•
Líquidos Orgânicos;
Se há um grande predomínio de partículas mais leves ou
mais pesadas, uma pré-separação num Becker ou outro
frasco de boca larga, com recolhimento do flutuado com
uma peneira com haste, pode melhorar o desempenho.
EQUIPAMENTOS
Afunda-Flutua (Sink and Float)
•
•
•
•
•
•
•
•
Suspensões;
Granulometria > 0,6mm;
2 compartimentos cilindro-cônicos (se
comunicam por meio de uma calha);
Peneiras no fundo da parte cilíndrica
(escoamento do líquido denso);
Bombeamento posterior do líquido;
Alimentação: compartimento maior;
Flutuado: Por transbordo na calha, fica
retido na peneira do compartimento
menor;
Afundado: É separado no fundo do cone
do compartimento maior.
Equipamento da Denver
Laboratory Company
EQUIPAMENTOS
Magstream
• Gradientes de densidade pela atuação de campo magnético
sobre uma suspensão coloidal com partículas ferromagnéticas
(“líquidos magnéticos”), associados ou não à centrifugação.
• Componentes: armação estrutural, um magneto estacionário
permanente, um sistema rotacional controlado por meio de um
motor, um conjunto de correias em V e polias.
• Alimentação: Ducto longo, anular e rotativo;
• Ações de forças centrífuga e magnética: Deslocamento radial
das partículas
• A força centrífuga irá proporcionar um deslocamento radial,
para fora, das partículas, de acordo com seus tamanhos, massas
e densidades.
• Partículas menos densas, com menor força centrífuga, serão
dirigidas para o centro do tubo separador, enquanto as de maior
densidade, com maior força centrífuga, se encaminharão para as
paredes do
Esquema do processo Magstream
CONTROLE E AVALIAÇÃO DAS OPERAÇÕES
DE SEPARAÇÃO EM MEIO DENSO
 Para um bom desempenho das operações em meio
denso:
• Boa preparação da alimentação; vazão de alimentação
adequada ao equipamento; controle da densidade de
corte; controle granulométrico do material usado no meio
denso; controle das pressões (separação dinâmica)
• Cálculo da eficiência da separação metalúrgica:
E(s) = eficiência da separação;
rv = recuperação metalúrgica do mineral útil;
rg = recuperação metalúrgica da ganga.
CONTROLE E AVALIAÇÃO DAS OPERAÇÕES
DE SEPARAÇÃO EM MEIO DENSO
Curva de Tromp:
Separação Magnética
Introdução
 Pode ser empregada, dependendo das diferentes respostas
ao campo magnético associadas às espécies mineralógicas
individualmente, no beneficiamento de minério e na
remoção de sucata.
 Susceptibilidade magnética: propriedade de um material
que determina sua resposta a um campo magnético.
 3 Tipos de susceptibilidade:
– Ferromagnéticos: minerais que são atraídos fortemente pelo
campo. Ex.: Magnetita;
– Paramagnéticos: minerais que são atraídos fracamente pelo
campo. Ex.: Hematita;
– Diamagnéticos: minerais que são repelidos pelo campo. Ex.:
Quartzo, magnesita, calcita, etc;
Fundamentos Teóricos
Eq. 1
Densidade do fluxo magnético (T)
Intensidade do campo magnético (T)
Permeabilidade magnética do meio
Eq. 2
Indução Magnética do material (T)
Fundamentos Teóricos
Eq. 3
Magnetização do material (T)
Substituindo-se a eq. 3 na eq 2 tem-se:
Eq. 4
Logo, a susceptibilidade magnética “k” é dada por:
Materiais Paramagnéticos: k = constante positiva e de baixo valor (<
10-3)
Eq. 5
Materiais Diamagnéticos: k = constante negativa (<-10-5)
Fundamentos Teóricos
Para materiais ferromagnéticos:
Eq. 6
Permeabilidade magnética
Das equações 4, 5 e 6 tem-se:
PARTÍCULAS MINERAIS SUBMETIDAS
À AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO
 Fenômenos que governam a separação:
• O comportamento das partículas minerais diferentes
quando expostas a um mesmo campo magnético
• As forças magnéticas atuantes.
PARTÍCULAS MINERAIS SUBMETIDAS
À AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO
PARTÍCULAS MINERAIS SUBMETIDAS
À AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO
PARTÍCULAS MINERAIS SUBMETIDAS
À AÇÃO DE CAMPO MAGNÉTICO
GRADIENTE DE CAMPO MAGNÉTICO
 Quando um campo magnético uniforme é aplicado a uma partícula,
as forças que atuam sobre dois pólos da mesma são iguais e
opostas, portanto a resultante dessas forças é nula. Se o campo
aplicado nas duas extremidades, difere em intensidade resultará
numa força agindo sobre a partícula.
 O campo aplicado possui variação especial que é função das
dimensões do material magnetizado.
MATRIZES FERROMAGNÉTICAS
 2 formas de se produzir gradiente magnético:
• Construção de um pólo de eletroímã com a área bem
menor que a do pólo oposto;
• Utilização de matrizes entre os pólos do eletroímã
o gradiente máximo de campo;
o área superficial de captação por unidade de volume da zona da
matriz;
o capacidade de limpeza da matriz (retiradas das partículas
magnéticas) com rapidez para manter o sistema de fluxo contínuo;
o porosidade da matriz para permitir a vazão da polpa, caso ela
tenha um valor muito baixo, é necessário maior pressão para obter
a vazão ideal sem obstrução;
o o material usado na fabricação das matrizes deve reter o mínimo
de magnetização.
EQUIPAMENTOS DE SEPARAÇÃO
MAGNÉTICA DE LABORATÓRIO
 Separadores a Seco e a Úmido:
• Baixa e Alta Intensidade
A. SEPARADOR MAGNÉTICO A ÚMIDO DE ALTA INTENSIDADE
– Operado a Úmido;
– Utilização de matrizes;
– Partículas Paramagnéticas;
EQUIPAMENTOS DE SEPARAÇÃO
MAGNÉTICA DE LABORATÓRIO
EQUIPAMENTOS DE SEPARAÇÃO
MAGNÉTICA DE LABORATÓRIO
EQUIPAMENTOS DE SEPARAÇÃO
MAGNÉTICA DE LABORATÓRIO
B. Separador Magnético Isodinâmico Frantz
 Componentes:
–
–

Calha vibratória com inclinações variáveis nos seus sentidos
longitudinal e transversal;
Dois eletroimãs de corrente regulável, que definem a
densidade de fluxo do campo magnético
A separação dos minerais é função do:
–
–
–
–
–
Campo Magnético;
Inclinação lateral (15°) e longitudinal (25° ) da calha;
Velocidade de escoamento das partículas;
Vibração da calha de escoamento;
Massa de material alimentado no funil.
EQUIPAMENTOS DE SEPARAÇÃO
MAGNÉTICA DE LABORATÓRIO
B. Separador Magnético Isodinâmico Frantz
 Parâmetros:
–
–
–
–
Fluxo magnético: de 0 até 20 kG;
Tamanho: de 0,833 mm a 74 μm
Material Seco
Relação Corrente (A) x Campo (G):