[Hidrometalurgia] Aula 03 - Processos Unitários II

[Hidrometalurgia] Aula 03 - Processos Unitários II

(Parte 1 de 2)

Prof. Brenno Ferreira de Souza – Engenheiro Metalúrgico

Introdução 2

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Concentração Por Gravidade

A concentração visa a separar partículas de diferentes teores de certas substâncias, como por exemplo, algum composto de um metal em um minério previamente preparado por cominuição e peneiramento.

Para separar partículas por gravidade é necessário que tenham densidades diferentes, ou seja, sejam constituídas por fases diferentes e que essas fases tenham densidades diferentes.

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Concentração Por Gravidade

É usada principalmente no tratamento de minérios de metais pesados ou muito leves.

Como no peneiramento, a eficiência é baixa quando o tamanho das partículas é menor que 0,1 m, devido ao outros efeitos.

A forma mais comum de separação por gravidade é a que se faz com meio denso, com densidade com valor entre as duas frações a separar.

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Concentração Por Gravidade

Esse método pode ser chamado afunda-ou-bóia.

O meio denso pode ser uma poupa preparada com uma mistura de partículas muito mais finas que aquelas a separar.

Essas partículas são recuperados no fim do processos por processos que serão vistos mais tarde.

Em laboratório são usados líquidos orgânicos, como o tetra-bromo-etano, que são muito caros para aplicações industriais.

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Concentração Por Gravidade

Rampas espirais de separação por gravidade de minério.

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Concentração Magnética

A concentração magnética pode ser usada quando um dos minerais presentes no minério tem é magnético.

Um exemplo clássico é o de minérios magnetíticos, ou seja, que contém Fe3O4, óxido magnético de ferro.

Nesses tipos de minério pode-se obter concentrados com 70% de ferro a partir de minérios com 30 %.

Existem duas categorias de separação definidas como:

Diamagnético que são repelidos por um campo magnético,

Paramagnéticos que são atraídos por um campo magnético.

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Concentração Magnética

Pode ser usada também para separar metais de fases minerais como no caso aproveitamento de ferro ou aço de escorias siderúrgicas.

Alguns minerais são paramagnéticos, ou seja, são atraídos apenas fracamente por magnetos.

Entre esses está a hematita, mineral de ferro, e da ilmenita, mineral de titânio.

Nesses casos magnetos mais potentes devem ser usados.

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Concentração Magnética

A seco, a concentração magnética é aplicada a grãos mais grosseiros, de 6 a 150 m.

Para grãos menores, até a escala de microns, emprega-se meio aquoso.

O processo é um dos de operação mais barata.

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Concentração Eletrostática

Na concentração eletrostática explora-se a diferença de condutividade elétrica entre os minerais.

O processo opera sempre em material seco que é alimentado em uma fina camada sobre a superfície de um cilindro metálico que gira em torno do seu eixo longitudinal que se mantém horizontal.

O cilindro pode estar eletricamente carregado ou ligado a terra em frente a um eletrodo, fora do fluxo de material.

Nos dois casos as partículas ficarão eletrostaticamente carregadas, opostamente ao cilindro e aderidas a ele.

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Concentração Eletrostática

As partículas condutoras perdem a carga rapidamente e se desprendem do cilindro enquanto as não condutoras permanecerão aderidas ao cilindro até que removidas com uma escova, caindo em um container diferente do das primeiras.

Aplica-se a grãos entre 1 e 0,1 m, ou seja, uma faixa bastante estreita.

Como a camada a ser depositada sobre o cilindro deve ser fina, a produtividade do processo é baixa.

Uma aplicação comum é na extração de ilmenita e de rutilo de areia de praia.

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Concentração Eletrostática Separador Eletrostático:

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Concentração por Flotação

A concentração por flotação, ou flutuação, se baseia na diferença que a superfície dos minerais tem em relação à atração pela água, ou a sua molhabilidade.

Se a energia interfacial sólido-água de um mineral é maior que a sólido-ar, esse mineral é dito hidrófobo (tem medo de água).

Se ocorrer o contrário o mineral é hidrófilo (amigo da água).

Se bolhas de ar forem produzidas dentro de uma polpa ou suspensão contendo partículas hidrófobas, essas tenderão a se associar às bolhas, e poderão subir à superfície.

As partículas hidrófilas permanecerão na suspensão.

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Concentração por Flotação

No processo, algumas substâncias são adicionadas à polpa para aumentar a eficiência do processo.

Para que as bolhas produzidas no fundo das células de flotação não se desfaçam na superfície, causando a volta da partícula à suspensão são adicionados os tenso-ativos.

Esses vão causar a formação de uma espuma na superfície da suspensão que reterá as partículas hidrófobas.

Um exemplo é o óleo de pinho.

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Concentração por Flotação

A maioria dos minerais é hidrófilo, mas pode se tornar hidrófobo pela adição de coletores, que são adsorvidos na superfície de alguns minerais.

Usa-se ácidos graxos para óxidos, hidróxidos e carbonatos, e aminas para silicatos.

Ativadores são substâncias que aumentam a afinidade dos minerais com os coletores e os depressores provocam o efeito contrário.

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Concentração por Flotação

A engenharia do processo consiste em identificar a combinação desses cinco aditivos para o melhor desempenho, buscando a flutuação de apenas um dos minerais.

Pode ocorrer o caso em que o que flutua seja o mais denso, já que a propriedade predominante é a molhabilidade.

Normalmente o indesejável é o que flutua, mas pode acontecer o contrário.

Este último caso chama-se flotação, ou flutuação, inversa.

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Concentração por Flotação

Princípios Básicos da Flotação:

•Colisão e adesão (“attachment”) seletiva de partículas a bolhas de ar (flotação “real” –“true flotation”);

•Resistência ao cisalhamento e transferência de partículas à zona de espuma;

•Resistência da unidade bolha- partícula na espuma e transferência ao concentrado.

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Concentração por Flotação 18

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Flotação por Ar Dissolvido (DAF)

Em sistemas DAF, o ar é dissolvido na água residual sob pressão de várias atmosferas, seguido por descompressão para a pressão atmosférica.

Estes tipos de sistema têm sido usados principalmente no tratamento de efluentes industriais e na concentração de lodos.

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Flotação por Ar

Em sistemas de flotação por ar, as bolhas de ar são formadas pela introdução da fase gasosa diretamente na fase líquida através de um propulsor ou difusores.

A aeração sozinha por um curto período não é efetiva na flotação de sólidos.

A provisão de tanques de aeração para flotação de graxas e outros sólidos do efluente líquido normalmente não é garantido.

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Flotação à Vácuo

A flotação a vácuo consiste na saturação do efluente com ar tanto diretamente em um tanque de aeração, como permitindo que ar entre na sucção da bomba de efluente.

Um vácuo parcial é aplicado, que provoca a liberação do ar dissolvido como bolhas minúsculas.

As bolhas e as partículas sólidas ligadas sobem para a superfície para formar uma espuma, que é removida por um mecanismo de “raspagem”.

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Classificação Gravimétrica

Classificação gravimétrica significa separação de partículas pela diferença de limite de deposição em um meio fluido, com ar, água ou outro.

Essa diferença deriva de diferença de tamanho e de densidade.

Foi visto que o peneiramento é uma forma de separar partículas de diferentes tamanhos.

Entretanto o peneiramento tem limitações que crescem a medida que o tamanho de partícula diminui.

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Classificação Gravimétrica

A velocidade de deposição, ou seja, a maior velocidade do meio em que uma partícula não é arrastada por um fluido em movimento em regime lamelar é derivada da lei de Stokes e em regime turbulento pela lei de Newton.

Ambas as leis relacionam a velocidade de deposição diretamente proporcional ao tamanho da partícula sólida e a diferença de densidade entre esta e o fluido, e inversamente proporcional a viscosidade do mesmo.

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Classificação Gravimétrica

Vê-se que, para separar partículas de mesmo material, a razão entre as velocidades de deposição será de (d1 /d2 )² em regime lamelar e (d1 /d2)¹/² em regime turbulento.

Como era de se esperar a separação é mais fácil em regime lamelar.

A velocidade do fluido deve ser ajustada para que apenas uma das frações se deposite.

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Sedimentação

A sedimentação é um processo de separação de misturas heterogêneas, aquelas que apresentam mais de uma fase (por exemplo, água misturada com areia).

Ela consiste em deixar a gravidade atrair para o fundo do recipiente a substância mais pesada, e as mais leve vão ficando na parte de cima.

Quando as partículas das substâncias são muito pequenas, vão demorar muito para se sedimentar.

Para acelerar o processo, foi criada a centrífuga, onde coloca-se as substâncias dentro do equipamento, que vai girar em altas rotações, fazendo a parte mais densa se acumular no fundo

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Classificadores

Os classificadores podem ser divididos em vários grupos dependendo do mecanismo, do fluido utilizado, etc:

•À úmido ou à ar, •Mecânico ou não mecânico,

•Por gravidade ou centrífugo,

•Horizontais ou verticais

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Classificadores

Os classificadores consistem essencialmente de uma coluna de separação, na qual o fluido, seja líquido ou gasoso, está ascendendo a uma velocidade uniforme.

As partículas introduzidas na coluna de separação sobem ou descem dependendo das suas velocidades terminais.

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Classificadores

Assim, são obtidos dois produtos:

•um overflow consistindo de partículas com velocidade terminal menor que a velocidade do fluido e

•um underflow de partículas com velocidade terminal maior do que a velocidade do fluido.

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Classificadores Horizontais

Os classificadores horizontais são essencialmente do tipo sedimentação em

"queda livre" e têm acentuada utilização quando se pretende uma separação apenas por tamanho.

Estes classificadores são divididos em:

•cones de sedimentação, •classificadores mecânicos e

•classificadores espirais.

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Cones de Sedimentação

Este tipo de classificador é o mais simples, sendo utilizado praticamente na separação de sólidos e líquidos, ou seja, como unidades desaguadoras em operações de pequena escala.

É usado também na deslamagem de minérios.

Geralmente são construídos em concreto ou aço, tendo um coletor de produtos grossos no fundo e um lavador no topo para que as partículas ultrafinas não sejam arrastadas.

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Cones de Sedimentação

O tipo mais comum é o de cone duplo, que consiste de um cone externo fixo e um cone interno concêntrico e regulável.

Entre os dois cones existe um espaço por onde a água sobe sob pressão, transbordando pelas canaletas laterais colocadas na periferia do cone externo.

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Classificadores Mecânicos

Os classificadores mecânicos têm seu uso difundido em operações de circuito fechado de moagem e na classificação de produtos de usinas de lavagem de minérios.

Vários autores consideram os classificadores espirais como classificadores mecânicos.

Na classificação mecânica distinguem-se dois tipos de classificadores:

•de arraste e •de rastelo.

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Classificadores Mecânicos

Eles se apresentam em geral na forma de tanques retangulares ou de bacias, tendo idêntico princípio de funcionamento.

A diferença entre eles está na maneira do underflow ser retirado do classificador, podendo ser por um transportador de arraste ou por uma série de rastelos.

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Classificadores Mecânicos

34 Classificador de arraste:

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Classificadores Mecânicos

35 Classificador de rastelo:

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Classificadores Mecânicos

A polpa é alimentada dentro de uma calha inclinada e sedimenta no tanque.

As partículas com altas velocidades de queda se dirigem para o fundo do tanque (material grosso pesado), enquanto que as partículas mais leves se mantêm na superfície sendo escoadas como um overflow.

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Classificadores Mecânicos

Uma característica operacional dos classificadores mecânicos é que eles permitem obter uma faixa de separação bem definida, desde que alimentados com uma polpa diluida, o que acarreta um overflow com baixa percentagem de sólidos.

Será necessária a introdução de uma etapa de espessamento, antes que a concentração se realize.

Isso pode vir a constituir uma desvantagem da utilização desse tipo de equipamento.

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Classificadores em Espiral

Os classificadores espirais são os mais utilizados em instalações de pequena capacidade, estando o seu campo de aplicação restrito a uma faixa granulométrica entre 0,833 a 0,074 m.

Sua utilização em instalações de grande porte perde para os hidrociclones, devido a maior capacidade e versatilidade destes.

Os classificadores espirais consistem de uma calha onde dentro encontra-se um eixo envolvido por uma ou mais hélices, as quais, girando, mantêm a polpa em suspensão.

Estas hélices, têm a função de remover o material sedimentado do fundo da calha.

O conjunto como um todo apresenta vários níveis de inclinação, sendo esta uma variável de processo.

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Classificadores em Espiral

Apresenta, em relação ao classificador de rastelos, a vantagem de remover o material de maneira mais eficiente, devido ao declive mais íngreme, evitando assim o retorno do material.

O classificador em espiral é normalmente caracterizado pelo diâmetro da espiral.

A alimentação é feita abaixo do nível de polpa e o material mais pesado afunda e é transportado pelas hélices ao longo do declive, sendo finalmente descarregado na parte superior através de uma abertura na base da calha, acima do nível de água.

O material mais fino transborda pela parte inferior da calha.

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