Mestrado em Engenharia de Minas e Geoambiente

Disciplina: Hidromineralurgia

Docentes: António Fiúza e Aurora Futuro

Relatório de laboratório

Dimensionamento da área unitária de um espessador

Relatório realizado por:

Adalberto B. Macieira Gomes, mmg09015@fe.up.pt

1ºAno

25 De Maio de 2010

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Índice

Objectivo do trabalho-------------------------------------------------------------------------------------------------3

Introdução teórica-----------------------------------------------------------------------------------------------------3

Procedimento ---------------------------------------------------------------------------------------------------------4

Cálculos efectuados --------------------------------------------------------------------------------------------------5

Resultados obtidos ---------------------------------------------------------------------------------------------------6

Conclusão--------------------------------------------------------------------------------------------------------------13

Bibliografia-------------------------------------------------------------------------------------------------------------13

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1. Objectivos

Este trabalho de laboratório teve como objectivo determinar a área unitária de um

espessador , através da velocidade de sedimentação de uma polpa em regime descontinuo,

durante o período de sedimentação livre.

2. Introdução

O espessamento é uma operação de separação sólido – líquido baseada no fenómeno da

sedimentação. O espessamento é utilizado para aumentar a densidade de polpas formando

uma camada de sólidos em decantação e um líquido sobrenadante clarificado livre de sólidos

em suspensão.

O espessador – equipamento utilizado na operação de espessamento – é constituído

por uma bacia de sedimentação, geralmente cilindro-cónica, provida de um mecanismo de

arraste para conduzir os sólidos decantados no fundo para um ponto de descarga. A operação

dos espessadores consiste numa decantação contínua dos sólidos em suspensão na polpa de

alimentação, resultando na recuperação da maior parte da água contida na polpa (“overflow”),

e na descarga, pelo fundo, (“underflow”).

Os estudos deste processo, envolvem testes para a selecção de reagentes químicos

que favorecem a sedimentação das partículas (coagulantes e floculantes) e testes para

dimensionamento dos equipamentos (que é o objectivo deste trabalho). O dimensionamento é

feito com base em testes de sedimentação, visando à determinação da área, profundidade e

forma do espessador. Os testes podem ser feitos em escala piloto (testes contínuos ou semi-

contínuos) ou em escala de bancada (teste descontínuo).

Nos testes descontínuos, pode observar-se que as partículas em suspensão na polpa

podem sedimentar segundo três regimes: clarificação, sedimentação por zona e compressão.

Estes regimes de sedimentação são governados pela densidade da polpa (alimentação) e pela

tendência das partículas de formarem agregados.

Um dos objectos deste trabalho prático é precisamente o dimensionamento de

espessadores. Para se poder dimensionar espessadores é necessário realizar testes de

sedimentação e de consolidação. Nos testes de sedimentação utilizam-se polpas de diferentes

densidades, variando desde a polpa simulando a alimentação até à polpa mais espessa

exibindo sedimentação livre.

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3. Procedimento experimental

a) material utilizado

Copos graduados; · Balança;

Agitador manual; · Minério seco;

Cronómetro ou relógio; · Régua;

3 Provetas graduadas; · Floculante: SuperFloc 16 – Conc: 1g/l;

Papel milimétrico; Dosagem habitual – 50 mg/1000 gr de

sólido;

b) Determinação da área unitária:

1. Determinar a quantidade de fase sólida e fase líquida necessária para a obtenção de

polpas com as diluições de trabalho, tendo em conta o volume de polpa não pode

ultrapassar os 1000 ml (volume das provetas);

2. Pesar a fase sólida necessária;

3. Medir o volume de água necessário;

4. Colocar a fita de papel milimétrico na proveta;

5. Medir a altura da proveta, ou altura do papel milimétrico;

6. Medir o diâmetro da proveta;

7. Misturar na proveta a fase sólida e líquida para obtenção da polpa;

8. Medir a altura da polpa na proveta;

9. Determinar o volume de floculante necessário;

10. Medir o volume de floculante;

11. Adicionar o floculante;

12. Medir a altura da polpa com floculante na proveta;

13. Uma vez obtidas as polpas nas provetas as amostras são agitadas, com um agitador

manual, para homogeneizar as polpas;

14. Após a homogeneização retirar o agitador e inicia-se a decantação;

15. Quando a superfície superior da polpa atinge aproximadamente os 3 mm abaixo da

superfície livre do líquido inicia-se a marcação da superfície de subsidência da polpa.

16. Esta marcação deverá ser efectuada em curtos intervalos de tempo, durante os minutos

iniciais, pois a velocidade de sedimentação é rápida;

17. Após o período mais rápido de sedimentação os intervalos de leitura podem ser mais

alargados.

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4. Cálculos efectuados no laboratório

a) Dados dos inicias

Diluições da polpa: Ensaio 1 – D=7; Ensaio 2 – D=5; Ensaio 3 – D=3;

Floculante: Designação – SuperFloc 16; Concentração – 1 g/l; Dosagem habitual – 50

ml/1000 g de sólido;

1)()( liquidoágua

V (polpa) = 1000 ml = 1L

b) Calculo da densidade do sólido

Peso (proveta) = 215,20 g

m (sólido) = 150,00 g

Volume de sólido = 92 ml = 92 cm3

Peso (proveta + sólido) = 365,20 g

Verificação da massa de sólido pesado:

M (sólido) = Peso (proveta + sólido) – peso (proveta)

= 365,20 – 215,20

= 150,00 g

mlgdensidadesólidoV

sólidomdensidade /6304,1

92

00,150)(

)(

)()(

c) Cálculos das quantidades de fase sólida e faz liquida

Ensaio 1

T

LD

T

L7 TL 7

)()()(

liquído

L

sólido

TpolpaV

Ensaio 2

mlLTL

entaõ

gTTTLT

44,91935,13177

,

35,1317623,01000160,1

1000

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T

LD

T

L5 TL 5

)()()(

liquído

L

sólido

TpolpaV

mlLTL

entaõ

grTTTLT

73,89015,17855

,

15,1785623,01000160,1

1000

Ensaio 3

T

LD

T

L3 TL 3

)()()(

liquído

L

sólido

TpolpaV

mlLTL

entaõ

gTTTLT

73,83075,27633

,

75,2763623,01000160,1

1000

d) Calculo do volume de floculantes

Ensaio 1

50 ml ------------ 1000 g

V1 ------------ 131,35 g V1 = 6,6 ml

Ensaio 2

50 ml ------------ 1000 g

V2 ------------ 178,15 g V2 = 8,9 ml

Ensaio 3

50 ml ------------ 1000 g

V3 ------------ 276,75 g V3 = 13,8 ml

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5. Resultados obtidos

A (Tabela-1) nos fornece os resultados obtidos durante o ensaio de laboratório para os ensaios

1,2 e 3 representados pelo volume, tempo e altura nas provetas

Tabela-1 Resultados obtidos no laboratório

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a) Gráficos

Os gráficos 1 ; 2 e 3 representam a evolução da volume da polpa em função do tempo

Gráfico-1 Diluição 7

Gráfico-2 Diluição 5

Gráfico-3 Diluição 3

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b) Cálculos efectuados fora do laboratório

Calculo da percentagem de sólidos em peso

Ensaio 1

%50,121250,044,91935,131

35,131

ss

LT

Ts

Ensaio 2

Ensaio 3

%00,252500,026,83075,276

75,276

ss

LT

Ts

Calculo da percentagem de sólidos em volume

Ensaio 1

%05,80805,0

1

44,919

6304,1

35,131

6304,1

35,131

)()(

)(

SS

liquído

L

sólido

T

sólido

T

S

Ensaio 2

%92,101092,0

1

73,890

6304,1

15,178

6304,1

15,178

)()(

)(

SS

liquído

L

sólido

T

sólido

T

S

Ensaio 3

%97,161697,0

1

26,830

6304,1

75,276

6304,1

75,276

)()(

)(

SS

liquído

L

sólido

T

sólido

T

S

%67,161667,073,89015,178

15,178

ss

LT

Ts

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Calculo de volume final de liquido clarificado

Vfinal (liquido clarificado) = Alturafinal (liquido clarificado) Secção (proveta)

Sendo,Secção (proveta)=

Ensaio 1 Vfinal (liquido clarificado) = (34,5-4,1) cm 32 = 859,53 cm3

Ensaio 2 Vfinal (liquido clarificado) = (35,8-5,8) 32 = 848, 23 cm3

Ensaio 3 Vfinal (liquido clarificado) = (34,2-9) cm 32 = 712,51 cm3

Calculo da diluição final

sólidosmássicoCaudal

oclarificadliquidoVfinallíquidoVinicial

finalD

)()(

)(

Ensaio 1 45,0)(35,131

53,85944,919)(

finalDfinalD

Ensaio 2 23,0)(15,178

23,84873,890)(

finalDfinalD

Ensaio 3 42,0)(75,276

51,71226,830)(

finalDfinalD

Velocidade de sedimentação final

decorridoTempo

oClarificadLiquidoAltura

entaçãosev )dim(

Ensaio 1 hmcmcm

entaçãosev /08,6min/13,10min3

)1,45,34()dim(

Ensaio 2 hmcmcm

entaçãosev /44,7min/41,12min41,2

)8,58,35()dim(

Ensaio 3 hmcmcm

entaçãosev /56,7min/6,12min2

)92,34()dim(

Calculo da área unitária de sedimentação )dim(

)()(

entaçãosev

finalDinicialDA

Ensaio 1 htmAA //207,108,6

45,07

Ensaio 2 htmAA //263,044,7

23,05

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Ensaio 3 htmAA //234,056,7

42,03

Calculo da área do projecto

).1()()( SegurançaCoefosedmentaçãunitáriaAprojectoA

Ensaio 1 diatmprojectoA //224/34,1)25,01(07,1)(

Ensaio 2 diatmprojectoA //224/79,0)25,01(63,0)(

Ensaio 3 diatmprojectoA //224/42,0)25,01(34,0)(

c) Tabela resumo

d) Cálculo da altura do espessador

S/

floculante Área

Altura

sólido + m2/t/dia

Vol. Altura Vol. Polpa Dose Conc.

Em peso Em vol. (ml) (mm) (ml) (mm) mg/kg (%)

1 12,5 8,06 974,97 345 115,92 41 131,35 344 50 1 6,6 6,08 0,055

2 16,7 10,93 1011,7 358 163,99 58 178,15 344 50 1 8,9 7,44 0,032

3 25 16,93 966,42 342 254,46 90 278,71 344 50 1 13,8 7,56 0,017

Vel. Sedim.

(m/h)

% SólidosAltura

interface (mm) Vol. (ml)

Proveta

POLPA ESPESSADADados sobre o

floculantePOLPA A ENSAIAR (com floculante)

Sólidos na

Proveta

(g)

Tempo de

compactação

(h)

Volume

clarificado (cm3)

Diluição

Teste

Diluição

média

Densidade

média

Massa

sólidos na

polpa zona 1 zona 2 zona 3

0,013888889 19,79203372 2,92852 Tempo de retenção (h) 0,002778 0,011111 0,005556

2,26444 1,23230309 0,3774925 Massa sólidos (t/h/m2) 2,34916 2,34916 2,34916

0,016666667 387,3583742 1,600367 Carga sólidos (t/m2) 0,006525 0,026102 0,013051

1,22746 1,38173375 0,6203173 Massa de sólidos (t/m3) 0,377493 0,620317 1,770286

0,027777778 593,7610115 0,854558 Altura da zona (m) 0,017286 0,042078 0,007372

0,64001 1,60059449 0,975966

0,033333333 712,5132138 0,425463 Altura total 1,266737 m

0,033333333 966,9822188 -0,49403 0,18027 2,08940663 1,7702858

Altura Total (cm) 34,2

Raio Proveta 3

Secção 28,27433

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6. Conclusão

O cálculo da altura do espessador, bem como o processo mostrou-se um pouco complexo

quanto a transferência da escala laboratorial a industrial, para tal utilizou-se ainda um

coeficiente de segurança de 25% para melhor aproximar os resultados.

No final do trabalho laboratorial a partir dos resultados obtidos determinou-se para os ensaios

1, 2, e 3 as áreas de sedimentação unitária de 0,05, 0,032 e 0,017 m2/t/dia e as diluições da

polpa foram 8,05, 10,92 e 16,67% e para a percentagem de sólidos superior calculou-se a

altura do espessador igual 1,27 metros.

7. Bibliografia

Fiúza, A. (2010) – “HIDROMINERALURGIA”, Departamento de Minas, FEUP, Porto;