SEPARAÇÃO DE MINERAIS POR MEIO DENSO: UMA REVISÃO DA ... · aplicação de magnetita e...
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS – UFG REGIONAL CATALÃO ESPECIALIZAÇÃO EM TRATAMENTO DE MINÉRIOS RENATO DE PAULA ARAÚJO SEPARAÇÃO DE MINERAIS POR MEIO DENSO: UMA REVISÃO DA LITERATURA CATALÃO 2015
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS – UFG
REGIONAL CATALÃO
ESPECIALIZAÇÃO EM TRATAMENTO DE
MINÉRIOS
RENATO DE PAULA ARAÚJO
SEPARAÇÃO DE MINERAIS POR MEIO DENSO: UMA REVISÃO
DA LITERATURA
CATALÃO
2015
RENATO DE PAULA ARAÚJO
SEPARAÇÃO DE MINERAIS POR MEIO DENSO: UMA REVISÃO
DA LITERATURA
Monografia apresentada ao curso de pós-
graduação em Tratamento de Minérios da
Universidade Federal de Goiás – UFG, como
requisito parcial para obtenção do título de
Especialista em Tratamento de Minérios.
Orientador: Prof. Dr. André Carlos Silva
CATALÃO
2015
AGRADECIMENTOS
Ao meu orientador, Prof. André Carlos, amigo de longa data que contribuiu desde
o início para o êxito deste trabalho, soube também ajudar-me a crescer espiritualmente e
profissionalmente, pela sua própria conduta de honestidade, responsabilidade e
dedicação.
Aos meus pais que sempre acreditaram em mim, e com orações e pensamentos
positivos, também contribuíram para o êxito deste trabalho.
A todos os meus colegas, pela convivência sadia e descontraída, que no decorrer
desta caminhada contribuíram para o meu crescimento pessoal e profissional, e também
ajudaram a tornar mais alegres o meu dia a dia.
RESUMO
A separação por meio denso aumentou o ramo de aplicações devido ao empenho
na realização de vários estudos realizados até os dias atuais, os quais favoreceram no
aprimoramento do uso deste método em situações com mínima diferença de densidade.
Apesar do princípio de separação parecer simples, a mesma para ser realizada com
eficiência necessita considerar várias propriedades inerentes as partículas e ao meio denso
em que será efetuado a separação. Os circuitos de separação em meio denso não sofrem
grandes alterações independentemente se o equipamento utilizado para a separação for
estático ou dinâmico. Para o controle nas operações se baseia na aplicação de dois tipos
distintos de critérios. Com o aumento da concentração de sólidos ocorre o aumento da
densidade da suspensão havendo um limite da concentração de sólidos. Alguns fatores
podem interferir na separação por meio denso, de maneira até a impedir que ocorra a
separação. Para evitar a perda de material no circuito de recuperação do meio denso é
necessário que o limite de escoamento seja atingido. Devido ao seu bom desempenho este
método de separação gravítica é considerado o de melhor precisão de corte, para tal, os
meios densos empregados possuem uma enorme importância, tendo o resultado da
separação grande influência pela escolha correta do meio denso aplicado.
Palavras-chave: Separação por meio denso. Princípio. Tipos. Propriedades. Controle.
Aplicações. Equipamentos.
ABSTRACT
The dense medium separation increased the branch applications due to the engagement
in several studies to the present day, which favored the improvement of the use of this
method in situations with minimum density difference. Despite the principle of separation
seem simple, the same to be performed efficiently need to consider various properties
inherent in the particles and the dense medium in which the separation will be made.
Separation circuits in dense medium not suffer major changes regardless of whether the
equipment used for the separation is static or dynamic. To control the operations is based
on the application of two different types of criteria. With the increase in solids
concentration is increasing slurry density having a limit of solid concentration. Some
factors may interfere with the separation dense medium, so to prevent it from occurring
separation. To avoid loss of material in dense medium recovery circuit it is necessary that
the flow limit is reached. Due to its good performance this gravity separation method is
considered the best cutting accuracy for such employees dense media have enormous
importance, and the result of great separation influence the correct choice of dense
medium applied.
Keywords: Separation by dense. Principle. Types. Properties. Control. Applications.
Equipment.
LISTA DE FIGURAS
Figura 1: Princípio de Separação por Meio Denso ....................................................... 14
Figura 2: Circuito típico de separação em meio denso ................................................. 26
Figura 3: Curva de Tromp ou curva de partição do equipamento ................................. 30
Figura 4: Separador de cone tipo WEMCO, com bomba de ar comprimido ................ 35
Figura 5: Separador de tambor de dois compartimentos ............................................... 36
Figura 6: Separador Teska............................................................................................. 37
Figura 7: Vista lateral do separador Drewboy .............................................................. 38
Figura 8: Separador Norwalt ......................................................................................... 39
Figura 9: Ciclone de meio denso ................................................................................... 41
Figura 10: Separador Dynawhirlpool ............................................................................ 44
Figura 11: Separador Tri-Flo......................................................................................... 45
Figura 12: Afunda-Flutua ............................................................................................. 46
LISTA DE TABELAS
Tabela 1: Características dos líquidos orgânicos utilizados na separação de minerais em
laboratório ....................................................................................................................... 18
Tabela 2: Características granulométricas do ferro-silício atomizado .......................... 22
Tabela 3: Distribuição granulométrica de seis diferentes tipos de ferro-silício moído . 22
Tabela 4: Características químicas e físicas de um ferro-silício ................................... 23
LISTA DE SÍMBOLOS
𝐹𝑅𝐺 - Força resultante gravitacional
𝑀𝑓 - Massa do fluido deslocado
𝑀𝑝 - Massa da partícula
𝑔 - Aceleração da gravidade
𝐹𝑅𝐶 - Força centrífuga resultante
𝑟 - Raio do hidrociclone
𝑣 - Velocidade tangencial de entrada da alimentação
𝑉2 - Volume de líquido de densidade 𝑑2 (mL)
𝑉1 - Volume de líquido de densidade 𝑑1 (mL)
𝑑 - Densidade da mistura desejada (g/cm³)
𝑑1 - Densidade do líquido 1 (g/cm³)
𝑑2 - Densidade do líquido 2 (g/cm³)
Å - Angstrom
𝐷𝑝 - Densidade da suspensão (polpa);
𝐷𝑠 - Densidade do sólido;
𝐶 - Concentração do sólido na suspensão (%)
𝐸 - Eficiência orgânica
𝐸(𝑠) - Eficiência da separação
𝑟𝑣 - Recuperação metalúrgica do mineral útil
𝑟𝑔 - Recuperação metalúrgica da ganga
𝐸𝑝 - Erro provável de separação
𝑑𝑝 - Densidade de partição
𝐼 - Imperfeição
SUMÁRIO
1 INTRODUÇÃO ..........................................................................................................10
2 REVISÃO BIBLIOGRAFICA ..................................................................................12
2.1 História ................................................................................................................ 12
2.2 Definição da Separação por Meio Denso .......................................................... 13
2.3 Princípios da Separação por Meio Denso ......................................................... 14
2.4 Tipos de Meio Denso ........................................................................................... 16
2.4.1 Soluções aquosas de sais inorgânicos .......................................................... 16
2.4.2 Líquidos orgânicos ....................................................................................... 17
2.4.3 Fluidos paramagnéticos ............................................................................... 20
2.4.4 Suspensões de sólidos em água .................................................................... 21
2.5 Densidade, Reologia e Propriedades do Meio Denso ....................................... 23
2.6 Circuitos, controle das operações e aplicações do meio denso ........................ 25
2.7 Principais Equipamentos ................................................................................... 32
2.7.1 Separador de cone WEMCO ....................................................................... 34
2.7.2 Separadores de Tambor............................................................................... 35
2.7.3 Separador Teska ........................................................................................... 36
2.7.4 Separador Drewboy ..................................................................................... 38
2.7.5 Separador Norwalt ....................................................................................... 39
2.7.6 Ciclone de Meio Denso ................................................................................. 40
2.7.7 Separador Dynawhirlpool (DWP) .............................................................. 41
2.7.8 Separador Tri-Flo ........................................................................................ 44
2.7.9 Afunda-Flutua .............................................................................................. 45
3 CONSIDERAÇÕES FINAIS .....................................................................................47
REFERÊNCIAS ............................................................................................................49
10
1 INTRODUÇÃO
Se atualmente há um grande ramo de aplicações para a separação em meio denso
se deve aos vários estudos realizados, iniciando em 1858 e continuando até os dias atuais,
onde cada estudo contribui para o avanço deste método de separação (CAMPOS, 2004).
A separação por meio denso é uma separação gravítica, sendo considerada a
melhor separação de corte em relação aos meios gravíticos, isto se deve a precisão na
separação de soluções com diferença de densidade de até 0,1.
Para ocorrer a separação atualmente se utiliza de quatro tipos de meio denso:
soluções aquosas de sais inorgânicos; líquidos orgânicos; fluidos paramagnéticos e
suspensões de sólidos em água, os quais são aplicados dependendo dos minerais que se
deseja separar e, para este mesmo fim, podem ser alterados com o intuito de alcançar o
melhor resultado (PITA, 2004).
Este método de classificação baseia-se no emprego de um meio denso, no qual
deve possuir uma densidade intermediária entre os minerais de interesse e aqueles que
não se deseja utilizar. Sendo assim, ocorrerá dois produtos, no qual um terá uma
densidade superior ao meio denso e consequentemente afundará, e outro que possuirá
densidade inferior ao meio, ou seja, flutuará (LUZ, 2004).
Na concentração gravimétrica a separação das partículas é influenciada pelas
propriedades físicas das partículas e do fluido de separação. Não se restringindo apenas a
densidade, mas também as características reológicas do fluido (LUZ, 2004).
Ao empregar a separação por meio denso, a mesma pode ser feito por dois
métodos, estático ou dinâmico. Enquanto, o método estático utiliza apenas a força
gravitacional, o dinâmico por sua vez atua com forças centrífugas por volta de vinte vezes
ou mais que a força gravitacional atuante na separação estática (AQUINO, 2007).
Assim como estes dois métodos existentes, há também dois tipos de
equipamentos no qual possuem os princípios de funcionamento parecido com os
respectivos métodos. Para a escolha de um equipamento tanto de separação estática
quanto dinâmica, irão depender de vários fatores (LUZ, 2004).
Apesar de haver dois tipos de equipamentos diferentes, ao aplica-los
independentemente dos tipos que são, os circuitos para a aplicação dos mesmos é
relativamente parecido (PARANHOS, 200-?).
11
Para analisar o desempenho das operações de separação em meio denso nos
circuitos empregados há diversos métodos, que podem ser agrupados em critérios
dependentes e critérios independentes (LUZ, 2004).
12
2 REVISÃO DE LITERATURA
2.1 História
As primeiras utilizações de meio denso que se conhece iniciou-se com Bessemer,
quando patenteou o emprego de soluções de cloretos de ferro, bário, manganês e cálcio,
datado em 1858. Na mesma época, visando a separação de carvões foi criada uma usina
na Alemanha para a separação dos mesmos empregando cloreto de cálcio. No entanto,
observou-se duas restrições, a primeira implicava sobre a viscosidade do meio, no qual
impossibilitou a realização de separações com densidades acima de 1,35 e, a outra, se
referia a recuperação do meio que se demonstrou proibitiva (CAMPOS, 2004).
Enquanto na Alemanha havia as tentativas de meio denso através de cloretos,
simultaneamente um processo chamado de Chance Sand desenvolvido por engenheiros
americanos era desenvolvido para a classificação de carvão, este método baseava em uma
suspensão de água e areia que podiam criar um meio com densidade de 1,7, desde que
movida por um fluxo ascendente (CAMPOS, 2004).
Posteriormente, a Du Pont, já em 1911, patenteou um processo empregando
hidrocarbonetos clorados para obter meios densos de maior densidade. No entanto, a
primeira utilização em escala comercial aconteceu apenas seis anos após com o processo
patenteado de Chance, contudo, conceitualmente não se pode dizer que era uma separação
em meio denso, mas sim de um leito de areia hidraulicamente dilatado (AQUINO, 2007).
Um novo passo foi dado com Vooys em 1932, quando o mesmo empregou uma
mistura de argila e barita para a lavagem de carvão, com isso o problema da corrosão que
acontecia devido os meios densos serem constituídos de cloretos foi solucionado, porém,
a densidade das suspensões obtidas era no máximo de 1,6 (AQUINO, 2007).
Até então os minerais separados por este método eram apenas de baixa
densidade, apenas em 1939 a American Zinc Lead and Smelting Company nos Estados
Unidos conseguiram a concentração de minerais metálicos, chumbo e zinco, ao utilizar a
galena como meio denso (CAMPOS, 2004). Infelizmente a aplicação da galena trazia
alguns inconvenientes, como o excesso de finos gerados pela moagem e a recuperação
por flotação, devido a este fato procurou-se alternativas encontrando como solução a
aplicação de magnetita e ferro-silício na preparação dos meios densos (LUZ, 2004).
Uma outra solução procurada foi o emprego de líquidos densos com densidade
de 2,96, como é o caso do tetrabromoetano, mas em escala comercial se tornou inviável
13
o seu emprego devido a toxidez e alto custo. Sendo assim, os melhores resultados para os
meios densos foram as suspensões a base de ferro-silício e magnetita, devido a isto os
estudos se concentraram em desenvolver equipamentos para melhorar e aprimorar a
aplicação de tais meios (LUZ, 2004).
Pois, um fator importante no emprego da separação por meio denso é a
granulometria, afinal, os primeiros equipamentos só classificavam minérios com tamanho
superior a 6 mm, o que comprometia a eficiência do processo devido ao fato que nesta
granulometria o grau de liberação das partículas é baixo. Como resultado dos estudos,
hoje há equipamentos que conseguem a separação de minerais com granulometrias de até
0,30 mm (CAMPOS, 2004).
2.2 Definição da Separação por Meio Denso
A separação por meio denso é um método de classificação gravimétrica, sendo
considerado o de maior precisão de corte, o qual baseia-se na diferença de densidade entre
um meio fluido e os minerais a serem separados (SOUZA, 2013).
O processo de classificação por este método acontece devido ao fato do meio
fluido (líquido ou em suspensão) de densidade conhecida e controlada, possuir uma
densidade intermediária à dos minerais considerados para realizar a separação (DUTRA,
2008). Sendo esta a principal diferença entre a separação em questão e a concentração
gravimétrica, pois a gravimétrica utiliza-se de ar ou água como meio denso, portanto,
como todos os minerais são mais densos as partículas minerais apresentam a mesma
direção e sentido que a aceleração do campo ao realizar a separação, enquanto, a
separação por meio denso apresenta dois produtos, um que flutua, devido a sua densidade
ser menor que a do meio denso e o outro que afunda por possuir maior densidade que o
meio (LEMYR, 2011).
É de suma importância a escolha e seleção do meio a ser utilizado, afinal, a
eficiência do processo possui grande dependência deste. A maior parte dos minérios
apresentam densidade maior que a água, com isso, cria-se o meio denso que pode ser
constituído de líquidos orgânicos, suspensões estáveis ou soluções de sais inorgânicos
através da dissolução de sais ou pela dispersão em água de material com densidade
elevada, como por exemplo, ferro silício. Recomenda-se utilizar este método de
concentração para minerais com densidade no intervalo de 0,4 a 19 g/cm³ e
14
granulometrias mais grosseiras, variando entre 0,5 mm e 300 mm, para contribuir na
eficiência do processo (PITA, 2004).
2.3 Princípios da Separação por Meio Denso
A separação por meio denso se resume basicamente em um processo em que as
partículas de densidade inferior ao meio flutuam, as de densidade superior afundam,
enquanto as partículas de mesma densidade do meio continuam em suspensão, resultando
assim em dois produtos (LUZ, 2004). É possível a separação entre materiais com
diferença de densidade de 0,1 ou menos (CAMPOS, 2004). Basicamente, pode-se resumir
o processo pela ilustração abaixo.
Figura 1: Princípio de Separação por Meio Denso
Fonte: Adaptado de Luz (2004).
Para que haja uma boa separação atualmente os meios densos que produzem um
melhor resultado são os líquidos orgânicos, as soluções de sais inorgânicos em água e
suspensões de sólidos de granulometria fina em água (LUZ, 2004). Outro fator a ser
considerado, se refere a granulometria, pois teoricamente qualquer tamanho de partícula
poderia ser separada, no entanto, industrialmente ao utilizar a separação pelo método
estático recomenda-se trabalhar com tamanhos entre 3 mm e 6 mm, sendo mais
Alimentação
Separador de Meio Denso
Minerais de densidade >
ds (afundado)
Minerais de densidade < ds (flutuado)
15
comumente aplicado partículas com 6 mm, podendo chegar até mais de 150 mm no caso
de carvões (CAMPOS, 2004). A determinação para a granulometria ideal irá depender
dos equipamentos e da facilidade em se trabalhar com o material na usina (CAMPOS,
2004).
Ao empregar a separação por meio denso, a mesma pode ser feito por dois
métodos, estático ou dinâmico (AQUINO, 2007). Enquanto, o método estático utiliza
apenas a força gravitacional, o dinâmico por sua vez atua com forças centrífugas por volta
de vinte vezes ou mais que a força gravitacional atuante na separação estática, vale
ressaltar que o fato de ser empregado apenas a força gravitacional não implica que os
equipamentos usados não possuam partes móveis necessárias para prover a estabilidade
do meio (LUZ, 2004).
A equação abaixo demonstra como ocorre a classificação das partículas quando
estão sobre uma separação por meio estático (LUZ, 2004):
𝐹𝑅𝐺 = 𝑀𝑝. 𝑔 − 𝑀𝑓 . 𝑔 = (𝑀𝑝 − 𝑀𝑓). 𝑔 (1)
Onde:
𝐹𝑅𝐺 é a força resultante gravitacional;
𝑀𝑓 é a massa do fluido deslocado;
𝑀𝑝 é a massa da partícula;
𝑔 é a aceleração da gravidade.
Para a separação em meio dinâmico o tamanho das partículas vão variar de
acordo com os equipamentos a serem utilizados, contudo, na grande maioria das vezes o
tamanho máximo varia de 12 a 50 mm e o mínimo entre 0,5 a 1,0 mm (CAMPOS, 2004).
Diferentemente da separação estática na dinâmica não há presença da aceleração da
gravidade, pois a mesma é substituída pela aceleração centrífuga, sendo assim, a equação
para este método ficará como demonstrado a seguir (LUZ, 2004):
𝐹𝑅𝐶 = (𝑀𝑝 − 𝑀𝑓).𝑣2
𝑟 (2)
Onde:
𝐹𝑅𝐶 é a força centrífuga resultante;
𝑀𝑓 é a massa do fluido deslocado;
𝑀𝑝 é a massa da partícula;
16
𝑟 é o raio do hidrociclone;
𝑣 é a velocidade tangencial de entrada da alimentação.
Os separadores dinâmicos possuem uma maior capacidade de separação do que
os estáticos devido ao fato da força centrífuga ser bem maior que a força gravitacional e;
pelo mesmo motivo, também conseguem a separação de partículas mais finas (AQUINO,
2007).
2.4 Tipos de Meio Denso
Atualmente, os meios densos utilizados para a separação dos minerais são
(PITA, 2004):
Soluções aquosas de sais inorgânicos;
Líquidos orgânicos;
Fluidos paramagnéticos;
Suspensões de sólidos em água.
Apesar da existência destes quatro meios densos, todos eles buscam possuir
características imprescindíveis para serem considerados ideais em uma determinada
aplicação, sendo elas (CAMPOS, 2004):
Formar suspensão ou solução estável;
Não ser corrosivo;
Possuir baixa viscosidade;
Não ser tóxico;
Ser passível de recuperação;
Ter fácil ajuste de densidade;
Ter baixo custo.
2.4.1 Soluções aquosas de sais inorgânicos
No que se trata de soluções aquosas como meio denso, tudo se iniciou com uma
solução de cloreto de cálcio como meio denso na separação de carvão por processos
chamados de Lessing e Bertrand, no qual, a densidade da solução estava em 1,4 (LUZ,
17
2004). Conseguiu-se produtos que atendiam o mercado, no entanto, o custo decorrente da
solução impediu o uso da mesma (LUZ, 2004).
Outra solução empregada, sendo ela utilizada até os dias atuais é a solução de
cloreto de zinco, contudo, a mesma fica restrita a ser aplicada em estudos de lavabilidade
de carvões em laboratório, para tal a densidade usada é de 1,8 (LUZ, 2004).
Ao compará-los com os líquidos orgânicos se apresentam mais baratos e
possibilitam o tratamento de amostras úmidas, no entanto, não obtém soluções com
densidade superior a 1,95 (AQUINO, 2007).
2.4.2 Líquidos orgânicos
Nos dias atuais os líquidos orgânicos vem sendo aplicados unicamente em
laboratórios na caracterização tecnológica de matérias-primas minerais ou carbonosas,
estudos preliminares de concentração e determinação do grau de liberação (AQUINO,
2007). Apesar de ter ocorrido tentativas de utilizar os líquidos orgânicos em substituição
aos sais inorgânicos para a separação de minerais na indústria, esta tentativa não pode se
concretizar devido a toxidez, corrosão, baixa pressão de vapor, consequentemente
grandes perdas por volatização e os altos custos, o que acarretou no fim da tentativa
(AQUINO, 2007).
Na aplicação atual dos líquidos orgânicos os que são mais empregados,
ganhando destaque são: bromofórmio, iodeto de metileno e solução de Clerici
(CAMPOS, 2004). Juntamente com eles os diluentes que contribuem para facilitar na
aplicação dos líquidos, são: tetracloreto de carbono, xilol e percloroetileno (CAMPOS,
2004). Para ocorrer uma mistura estável, deve se atentar para uma propriedade importante
tanto para os líquidos quanto para os diluentes, que é a pressão de vapor, quanto menor a
pressão de vapor deles, bem como a diferença das pressões de vapor entre os líquidos
densos e diluentes, mais estável será a mistura (CAMPOS, 2004). Outras características
importantes dos principais líquidos orgânicos são apresentadas na tabela abaixo:
18
Quadro 1: Características dos líquidos orgânicos utilizados na separação de minerais em laboratório
Líquido Fórmula
Química
Densidade
(g/ml a 20°)(1)
Viscosidade
(cP a 20°)
Solubilidade
em água
(g/100 ml)
Pressão de
Vapor
(mmHg a 20
°C)
Temperatura
de
Solidificação
(°C)
Temperatura
de Ebulição
(°C)
Tetrabromoet
ano CHBr2CHBr2 2,964 12,0 0,065 <1,0 0,1 151(2)
Bromofórmio CHBr3 2,890 1,89(5) 0,319 5,0 6-7 149,5
Iodeto de
Metileno CH2I2 3,325 2,6 1,42 1,3(5) 5,6 180(3)
Solução de
Clerici
CH2(COOTI)2
HCOOTI 4,280 31,0(5) 1,40 - - -
Tricloro-
etano CCl3CH3 1,330 - 2,00(4) - 32,5 74,1(6)
Triclo-
Bromo-Eteno CCl3Br 2,001 - 0,0 - - -
19
Brometo de
metileno CH2Br2 2,484 - - - -52,7 97
Tribromo-
fluor-metano CBr3F 2,748 - 11,7(7) - - -
(1) Em relação à água a 4 °C
(2) Em relação a 54 mm de Hg
(3) Com decomposição
(4) Média a 20 °C
(5) Média a 25 °C
(6) Média a 760 mm de Hg
(7) Média a 15 °C
Fonte: Adaptado de Luz 2004.
20
A determinação da densidade de um meio formado por dois líquidos orgânicos
ou um líquido orgânico e um diluente normalmente utiliza-se a equação abaixo
(AQUINO, 2007):
𝑉2 = 𝑉1.𝑑1−𝑑
𝑑− 𝑑2 (3)
Onde:
𝑉2 = volume de líquido de densidade 𝑑2 (mL);
𝑉1 = volume de líquido de densidade 𝑑1 (mL);
𝑑 = densidade da mistura desejada (g/cm³);
𝑑1 = densidade do líquido 1 (g/cm³);
𝑑2 = densidade do líquido 2 (g/cm³).
Devido ao custo dos líquidos densos ser elevado, normalmente é feito a
reutilização dos mesmos, a maneira com que o reaproveitamento é feito vai depender do
líquido denso e do diluente que foram empregados (CAMPOS, 2004). Uma maneira pode
ser a lavagem contracorrente com água para casos de diluentes solúveis a água
(CAMPOS, 2004). Comparando com as suspensões de sólidos, os líquidos orgânicos
apresentam baixas viscosidade, abrasividade e alta estabilidade (LUZ, 2004).
2.4.3 Fluidos paramagnéticos
O emprego dos fluidos paramagnéticos como meio denso aconteceu com o
surgimento de um equipamento em 1986 com a Intermagnetics General Corporation –
IGC, em que patenteou o Magstream, um equipamento que separa os minerais de acordo
com a diferença de densidade das partículas (PITA, 2004). Este equipamento pode
trabalhar em batelada ou escala comercial abrangendo densidades de 1,5 a 21,0, os
minerais são misturados com o fluído magnético e com um tubo rotativo anular alimentam
o Magstream (PITA, 2004).
O princípio para o qual os fluidos paramagnéticos são empregados se resume em
uma força magnética externa exercendo uma atração sobre o fluido que, combinada com
a força centrífuga, promove um gradiente de densidade radial que aumenta do centro para
fora, permitindo a separação das partículas leves das pesadas (LUZ, 2004).
21
Pode-se definir fluido paramagnético sendo uma suspensão coloidal à base de
água, não tóxico; contendo partículas de ferrita micronizada abaixo de 100 Å e dispersas
com lignossulfonato, além de ser capaz de trabalhar com densidade variável na presença
de um campo magnético, no qual ela pode ser controlada variando a intensidade do
campo, a velocidade de rotação ou a concentração do fluido (PITA, 2004).
2.4.4 Suspensões de sólidos em água
É indispensável que uma suspensão apresente as características abaixo, para que
a mesma seja considerada ideal (CAMPOS, 2004):
Dureza elevada;
Estabilidade química;
Densidade elevada;
Recuperação fácil;
Estabilidade de suspensão
Granulometria;
Grãos arredondados
Os mais usados industrialmente por possuir todos ou a maioria das
características apresentadas são: magnetita, ferro-silício e a galena (CAMPOS, 2004). No
entanto, a galena devida a sua baixa recuperação na flotação, pelo fato de produzir muitos
finos na moagem, o que acarreta em perda do meio denso e inevitavelmente variação da
densidade, a mesma foi substituída em quase sua totalidade pela magnetita e pelo ferro-
silício (AQUINO, 2007). Já a magnetita possui sua utilização restrita a separação de
minerais de baixa densidade, como: grafita, gipsita e carvão. Isso se deve a sua densidade
de 5,0 a 5,2, o que gera uma polpa com densidade máxima de 1,9 (LUZ, 2004).
Para este tipo de meio denso, o de maior destaque e mais utilizado é o ferro-
silício, ele pode se apresentar atomizado, moído e com 15% de silício (AQUINO, 2007).
Com densidade de 6,9 possibilita a geração de polpas com densidade máxima de 3,4, o
que representa um intervalo capaz de separar a maioria dos minerais metálicos (AQUINO,
2007). Abaixo são demonstradas as tabelas com as respectivas características
granulométricas de cada uma dessas suspensões.
22
Tabela 2: Características granulométricas do ferro-silício atomizado
Granulometria Tipo e % Peso Acumulada
(mm) Grosso Fino Ciclone 60 Ciclone 40
+0,210 3 1 - -
+0,149 11 8 0 -
+0,105 28 18 2 0
+0,074 40 33 7 2
+0,044 62 55 27 10
-0,044 38 45 73 90
-0,037 - - 65 85
Fonte: Adaptado de Campos, 2004.
Tabela 3: Distribuição granulométrica de seis diferentes tipos de ferro-silício moído
Granulometria Tipo e % Peso Acumulada
(mm) 48D 65D 100D 150D 270D Nacional
+0,210 5 0,5 0 0 0 0
+0,149 15 3,0 0,2 0 0 0-0,5
+0,105 30 8,0 1,2 0,5 0 0-5
+0,074 50 20,0 5,0 2,0 0,2 5-10
+0,044 75 55 35 25 10 20-30
-0,044 25 45 65 75 90 70
Fonte: Adaptado de Campos, 2004.
23
Tabela 4: Características químicas e físicas de um ferro-silício
Elementos(*) /
Propriedades Peso (%)
Elementos (*) /
Propriedades Peso (%)
Si 14-16 Al 0,8
C 1,0 Mn 0,5
S 0,05 Cu 0,8
P 0,1 Cr 0,5
Material magnético 99%
Densidade picnométrica 6,7-7,0
Densidade aparente 3,5-4,2
(*) Exceto o Si, os outros valores são o máximo permitido
Fonte: Adaptado de Campos, 2004.
2.5 Densidade, Reologia e Propriedades do Meio Denso
Na concentração gravimétrica a separação das partículas é influenciada pelas
propriedades físicas das partículas e do fluido de separação. Não se restringindo apenas a
densidade, mas também as características reológicas do fluido, no qual, influencia
significativamente a separação.
A densidade das suspensões podem ser calculadas considerando a densidade do
sólido e da quantidade de sólido utilizado, sendo assim a equação pode ser expressa da
seguinte maneira (LUZ, 2004):
𝐷𝑝 = 100
𝐶
𝐷𝑠+(100−𝐶)
(4)
Onde:
𝐷𝑝 = densidade da suspensão (polpa);
𝐷𝑠 = densidade do sólido;
𝐶 = concentração do sólido na suspensão (%)
Como se pode observar, com o aumento da concentração de sólidos ocorre o
aumento da densidade da suspensão, contudo, na prática há um limite (LUZ, 2004). Isso
se deve a viscosidade da suspensão atingir o limite em que a fluidez do meio fica
24
comprometida, dificultando a separação dos minerais, sendo assim, o limite da
concentração de sólidos varia entre 70 e 86% em peso (LUZ, 2004).
Os minerais geralmente utilizados na preparação das suspensões são: barita,
quartzo moído, magnetita moída, ferro-silício moído ou atomizado, chumbo atomizado e
argilas (LUZ, 2004). Estes minerais são aplicados de acordo com o intervalo de densidade
que a suspensão quer atingir, a densidade pode ser classificada em quatro tipos de
suspensão, sendo elas (LUZ, 2004):
Densidade = 1,3 a 1,9, empregadas basicamente ao beneficiamento de
carvão;
Densidade = 2,7 a 2,9, comumente utilizada na pré-concentração de
minerais metálicos;
Densidade = 2,9 a 3,6, usada em minérios especiais e mais
particularmente na recuperação de diamantes;
Densidade > 3,6, dificilmente empregada.
A reologia busca estudar as propriedades físicas, ou seja, a viscosidade, a
plasticidade, a elasticidade e o escoamento da matéria em geral, no caso dos meio densos
se aplica particularmente ao fluxo plástico de sólidos e de líquidos não Newtonianos
(CAMPOS, 2004). Com isso, as propriedades inerentes a reologia de uma suspensão são
influenciadas pelos seguintes fatores (CAMPOS, 2004):
Viscosidade do meio fluido;
Concentração de sólidos;
Tamanho e forma das partículas;
Forças de interação entre as partículas.
Características como a densidade, forma, distribuição granulométrica e
propriedades físicas e químicas, como energia superficial, coercividade, permeabilidade
e grau de oxidação afetam na reologia do meio, assim como, as características físicas e
mineralógicas do meio influenciam as operações de meio denso (LUZ, 2004).
As propriedades hidrodinâmicas do material a ser separado em condições
operacionais; as propriedades reológicas da suspensão sob condições operacionais; a
granulometria do material a ser separado e a densidade do meio de separação; a
viscosidade e o limite de escoamento da suspensão que idealmente devem ser o mais
baixo possível; a estabilidade da suspensão que deve ser a mais alta possível, são
25
propriedades em que o desempenho de uma separação está relacionado (CAMPOS,
2004).
A inexistência de uma tensão mínima de cisalhamento que faça a partícula
movimentar-se em fluidos não-newtonianos; tempo insuficiente para separação das
partículas e ação de correntes dispersivas são fatores que podem interferir na separação
por meio denso, de maneira até a impedir que ocorra a separação (PARANHOS, 200-?).
Outra propriedade que se deve analisar é a estabilidade, ela se relaciona com a
tendência dos sólidos formadores se sedimentarem, podendo ser compreendida como o
inverso da taxa de sedimentação da suspensão (PARANHOS, 200-?). Sendo assim, para
uma suspensão considerada estável, menor será a necessidade de agitação da suspensão
durante a operação de separação (PARANHOS, 200-?).
Ocorrendo alta estabilidade, acarreta em alta concentração de sólidos no meio-
denso; redução do tamanho das partículas; formato irregular de partículas; presença de
contaminantes de baixa densidade (CAMPOS, 2004). Quando há pouca agitação do meio
denso favorece na diminuição da formação de finos, oriundos da degradação do material
sólido que constitui a suspensão evitando a perda de material no circuito de recuperação
do meio denso (LUZ, 2004).
No entanto, para que isso ocorra pode ser necessário que o limite de escoamento
seja atingido, o que acarretaria no aumento da viscosidade para situações impraticáveis
(LUZ, 2004). Por isso, é de suma importância que se encontre um equilíbrio entre a
estabilidade da suspensão e o aumento da viscosidade (CAMPOS, 2004).
2.6 Circuitos, controle das operações e aplicações do meio denso
Para que ocorra uma separação adequada e que atenda às necessidades, é de
suma importância se ater desde o minério que servirá de alimentação para o processo de
separação. Com isso, o minério que alimentará o circuito de meio denso deve estar com
a granulometria adequada, livre de finos, para que impeça o aumento da viscosidade e
consequentemente possíveis danos (LUZ, 2004).
Um cuidado a ser tomado com as operações em meio denso se refere ao sistema
de recuperação do mesmo, para o seu reaproveitamento no circuito, sendo este o fator que
mais onera nas operações deste tipo de classificação (LUZ, 2004).
De maneira geral os circuitos de meio denso normalmente apresentam as etapas
de preparação da alimentação; separação dos produtos flutuado e afundado no
26
equipamento a meio-denso; recuperação do material formador do meio denso dos
produtos separados e regeneração da polpa de meio-denso (PARANHOS, 200-?). A
alimentação deve ser peneirada para a remoção de finos e lamas antes de alimentar o
separador, ela deve ser molhada para prevenir que bolhas de ar aderidas a alguma
partícula alterem a sua densidade (SOUZA, 2013). É necessário desaguar os produtos,
flutuado e afundado, e recuperar o sólido que forma o meio denso, afinal, ele é um
contaminante que pode prejudicar a qualidade do concentrado (SOUZA, 2013).
Mesmo alterando o tipo de separador utilizado, como ciclone de meio denso,
separador tambor ou dynawhirlpool (DWP) os circuitos geralmente são semelhantes
(PITA, 2004). Por isso, abaixo é esboçado um circuito de meio denso, em que o separador
usado é o DWP.
Figura 2: Circuito típico de separação em meio denso
Fonte: Adaptado de Campos (2004)
27
Onde:
1. Alimentação;
2. DWP;
3. Produtos Pesados;
4. Produtos Leves;
5. Peneiras Curvas (DSM) – A
6. Peneiras Horizontais de Drenagem e Lavagem – B e C
7. Classificador Espiral;
8. Separadores Magnéticos;
9. Bomba de Meio Denso;
10. Bombas de Meio Denso Diluído;
11. Bobina Desmagnetizadora;
12. Tanque de Meio Denso;
13. Finos de Minério
O circuito acontece com os produtos leves e pesados que deixam pelo o
equipamento de separação, passam separadamente por peneiras curvas DSM (A) de
drenagem do meio denso e peneiras horizontais divididas em duas partes, onde a primeira
(B) é ainda para drenagem do meio denso (PITA, 2004). Cerca de 90% do meio denso é
recuperado nessas duas partes (A e B) e bombeado de volta ao circuito (PITA, 2004).
Posteriormente, na segunda parte da peneira horizontal (C) é onde se processa a
lavagem dos produtos, que é feita com água sob pressão (spray), para a retirada de
partículas finas de meio denso e de minério que ficam aderidas nos produtos de separação
(PITA, 2004). Os finos das peneiras de lavagem dos produtos, constituem uma polpa
muito diluída, contendo o meio denso e finos do minério, ela é tratada em separadores
magnéticos para recuperação do material que constitui o meio denso (PITA, 2004).
Seguindo o circuito, a polpa contendo o meio denso passa por um classificador
espiral para desaguamento, visando ajustar à densidade requerida na operação de
separação (PITA, 2004). Na etapa posterior, este material desaguado é desmagnetizado
em bobinas desmagnetizadoras, para assegurar a não floculação das partículas, e retorna
ao circuito do meio denso no processo (PITA, 2004).
28
Outro sistema de adensamento de polpa pode ser empregado no lugar do
classificador espiral (PITA, 2004). Da última década para cá, o controle da densidade do
meio é feito automaticamente por meio de instrumentação (PITA, 2004).
No que se refere propriamente ao controle das operações de separação em meio
denso, para que haja um bom desempenho é de suma importância que haja uma boa
preparação da alimentação; uma vazão de alimentação adequada ao equipamento; o
controle da densidade de corte; controle granulométrico do material usado no meio denso;
controle da pressão de entrada da alimentação e controle da pressão de entrada do meio
denso e pressão de saída dos pesados (LUZ, 2004).
Para analisar o desempenho das operações de separação em meio denso há
diversos métodos, que podem ser agrupados em critérios dependentes e critérios
independentes (LUZ, 2004). Os critérios dependentes são: eficiência orgânica; material
deslocado total e eficiência de separação metalúrgica, enquanto os critérios independentes
se baseiam em indicadores retirados da curva de partição do equipamento (CAMPOS,
2004).
Proposta por Fraser e Yancey a eficiência orgânica é muito utilizada no
beneficiamento de carvões, ela determina a eficiência de separação de um equipamento
ou de uma usina de beneficiamento, sendo demonstrada abaixo (CAMPOS, 2004):
𝐸 (%) = 𝑅𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑑𝑒 𝑐𝑎𝑟𝑣ã𝑜 𝑙𝑎𝑣𝑎𝑑𝑜
𝑅𝑒𝑐𝑢𝑝𝑒𝑟𝑎çã𝑜 𝑡𝑒ó𝑟𝑖𝑐𝑎 . 100 (5)
A recuperação teórica representa a porcentagem de carvão contido na
alimentação com o mesmo teor de cinzas do carvão lavado, esta informação é conseguida
através da curva de lavabilidade do carvão em que se está trabalhando (CAMPOS, 2004).
Para se entender o método de material deslocado, primeiramente deve-se saber
a sua definição, na qual é pronunciada como sendo a quantidade de material de rejeito
presente no concentrado, somado à quantidade de material de concentrado presente no
rejeito, respeitando as devidas proporções entre concentrado e rejeito (LUZ, 2004). As
medidas são realizadas de acordo com a densidade de corte do equipamento e em testes
densimétricos com o concentrado e o rejeito. E quanto menores as proporções de material
deslocado, melhor o desempenho do equipamento (LUZ, 2004).
29
O método da eficiência de separação metalúrgica é empregado no
beneficiamento de minérios, para tal, utiliza-se a equação abaixo para determina-la
(CAMPOS, 2004):
𝐸(𝑠) = 𝑟𝑣− 𝑟𝑔
𝑟𝑣 . 100 (6)
Onde:
𝐸(𝑠) é a eficiência da separação;
𝑟𝑣 é a recuperação metalúrgica do mineral útil;
𝑟𝑔 é a recuperação metalúrgica da ganga.
Como dito anteriormente, os critérios independentes se baseiam na curva de
partição do equipamento ou curva de Tromp, em que de posse da mesma se pode calcular
a eficiência de separação do equipamento (LUZ, 2004). No entanto, para se ter esta curva
é necessário conhecer a recuperação em massa do produto pesado, obtido na operação
industrial e as curvas de lavabilidade do concentrado e do rejeito (CAMPOS, 2004).
A partir de tais informações há condições de calcular a alimentação reconstituída
ou calculada e os coeficientes de partição, que fornecem a percentagem da densidade
média de material que se dirige para os produtos pesados (LUZ, 2004). A seguir, é
apresentado um modelo da curva de Tromp, em que os coeficientes de partição são
plotados de 0 a 100 no eixo das ordenadas, enquanto as densidades médias são inseridas
no eixo das abcissas (CAMPOS, 2004).
30
Figura 3: Curva de Tromp ou curva de partição do equipamento
Fonte: Adaptado de Martins (2011).
A curva OABC indica a curva ideal, em que todas as partículas com densidades
menores a densidade do meio denso iriam flutuar e as de densidade maior a do meio iriam
afundar (MARTINS, 2011). Contudo, as partículas que apresentam densidade parecida a
do meio denso pode tanto ir em direção as partículas afundadas quanto as flutuadas, por
isso, existe outra curva, chamada de curva real, esta é criada baseada na probabilidade de
diferentes classes de partículas que se direcionam para o afundado (MARTINS, 2011). O
material deslocado é apresentado na figura pela parte hachurada (MARTINS, 2011).
A densidade referente a separação de 50% (d50) das partículas, é chamada de
densidade efetiva de separação ou densidade de partição (dp) (MARTINS, 2011). Quanto
as densidades em que se possui uma partição de 25 e 75%, respectivamente d25 e d75, é
na maioria das vezes um segmento de reta, quando não, se aproxima bastante (MARTINS,
2011). Por sua vez, com este segmento, pode-se afirmar que quanto mais próximo ele
estiver da vertical, mais eficiente será a separação (MARTINS, 2011).
31
Com a metade da diferença entre a densidade do d75 e d25 se pode medir a
eficiência de separação, também chamado de erro provável de separação (𝐸𝑝), de acordo
com a equação abaixo (MARTINS, 2011):
𝐸𝑝 = 𝑑75− 𝑑25
2 (7)
Da equação pode-se dizer que quando 𝐸𝑝 for igual a 0 se terá uma separação
ideal, quando for menor significa que a separação está mais eficiente (MARTINS, 2011).
Na prática, normalmente o erro de separação fica entre 0,01 a 0,08 (MARTINS, 2011).
Outro índice utilizado pelos critérios independentes, ou seja, que utiliza da curva
de Tromp, se refere a imperfeição (I) (MARTINS, 2011). A diferença entre estes dois
índices, é que enquanto o erro provável é aplicado para caracterizar os equipamentos de
separação em meio denso, a imperfeição serve para caracterização dos equipamentos que
utilizam como meio a água ou o ar (MARTINS, 2011). Sendo assim, pode-se calcular a
imperfeição pelas equações abaixo:
𝐼 = 𝐸𝑝
𝑑𝑝 (8)
𝐼 = 𝐸𝑝
𝑑𝑝−1 (9)
A primeira é empregada em equipamentos de separação em meio denso, já a
segunda se refere a separação cujo meio é a água ou o ar. Os valores da imperfeição
podem variar de 0,07 para ciclones de meio denso a 0,175 para jigues (MARTINS, 2011).
O uso da separação em meio denso se iniciou com o carvão e com esta aplicação
se firmou por um bom tempo, o que contribuiu para a criação e melhoramento de diversos
equipamentos, contudo, nas últimas décadas a aplicação deste método de separação vem
encontrando grande espaço para atuar no beneficiamento de minerais metálicos,
principalmente na fase de pré-concentração, após trituração grosseira com eliminação de
volumosas quantidades de gangas (LUZ, 2004).
Pode-se aplicar a separação por meio denso também no retratamento de antigas
escombreiras de jigagem ou de mina e também permitir a adoção de métodos de
32
exploração menos seletivos, podendo os minérios serem tratados sob condições de
recuperação e baixo custo (LUZ, 2004).
A separação por meio denso possibilita uma separação precisa em uma
determinada densidade com uma eficiência de separação elevada, mesmo quando ocorre
de haver minerais com densidade próxima a do meio (CAMPOS, 2004). Vale ressaltar,
que caso necessário, a densidade de separação pode ser variada com uma certa rapidez
durante a operação (LUZ, 2004).
Apesar da necessidade de equipamentos para realizar a limpeza e recuperação
do meio denso e sua recirculação, este tipo de classificação traz vantagens como a alta
capacidade de processamento, automação do circuito, baixo custo de trituração para
eliminar as grandes quantidades de ganga, grande flexibilidade operatória e baixo custo
de tratamento e elevadas recuperações (CAMPOS, 2004).
Mais especificamente a separação em meio estático é aplicada quando a
granulometria dos minerais se apresentam grossos, isso se deve ao fato que a eficiência
de separação decresce com a diminuição do tamanho das partículas devido a uma baixa
velocidade de sedimentação que as partículas finas possuem (LUZ, 2004).
Pode-se aplicar a separação em meio denso em ocasiões em que o mineral de
interesse seja pesado e se encontra associado a rochas matrizes, outra situação acontece
quando o mineral de interesse ocorre com minerais de ganga pesados, porém, encaixados
em rochas matrizes e encaixantes leves, como ocorre algumas vezes com os veios de
cassiterita, onde acontecem também gangas formadas por sulfetos de ferro, óxidos de
ferro e outros associados à gangas silicosas leves (LUZ, 2004).
2.7 Principais Equipamentos
Para a inserção da alimentação e do meio denso nos equipamentos de separação
estática pode-se fazê-la em recipientes de diversos formatos, quanto a remoção, o material
que flutua é retirado por transbordo ou com a ajuda de pás, diferentemente do afundado,
que necessita da criatividade no projeto do separador para ser removido, no qual, deve-se
ater para evitar que o meio denso seja carreado juntamente com o produto afundado
(PITA, 2004).
Logo, a retirada do produto afundado pode ser realizada por meios pneumáticos,
bombeamento, elevadores de caçambas de chapas perfuradas, sistemas de arraste entre
outras (PITA, 2004). Nos separadores estáticos a força predominante é a gravidade, nos
33
tanques onde o meio denso e os minérios são alimentados ocorrem a separação entre
afundados e flutuados, há a necessidade de mecanismo para elevar a fração que afunda e
de agitação para uniformizar a densidade (CAMPOS, 2004).
A alimentação do meio denso feita nos separadores muita das vezes ocorre perto
do topo do tanque ou da suspensão (LUZ, 2004). Quando se deseja a formação de
correntes ascendentes a alimentação do meio é feita pelo fundo do tanque, e quando se
pretende correntes horizontais ou manter a homogeneidade em todo o tanque, a
alimentação é feita em vários níveis (LUZ, 2004).
Os equipamentos de separação estático necessitam de um tempo de residência
consideravelmente maior que os separadores dinâmicos, visto que o volume do meio
denso utilizado também é maior nos separadores estáticos (LUZ, 2004). De maneira geral,
considerando tanto os separadores estáticos como os dinâmicos, na indústria mineral ou
carbonífera se utiliza ou utilizou não menos que setenta e quatro tipos de equipamentos
(CAMPOS, 2004).
Os separadores tipo de cone foram os primeiros equipamentos de separação por
meio denso com sucesso em escala comercial, e também os primeiros a utilizar a galena
e magnetita como meios de separação (CAMPOS, 2004). Estes separadores são bastante
indicados para a classificação de carvões com granulometrias entre 3 e 100 mm, e quando
há grande quantidade de material leve associado, sendo assim, não são recomendados
para alimentações em que há associação com material pesado (LUZ, 2004).
Diferentemente dos separadores de cone, os de tambor e calha são recomendados
quando se há presença de associação com materiais pesados, devido a isto, são bastante
empregados no tratamento de minérios e no beneficiamento de alguns tipos de carvões,
pois muitas vezes no tratamento de minérios pode-se chegar até 80% de materiais pesados
e em carvões de 50% (CAMPOS, 2004).
Se tratando de separadores dinâmicos eles podem trabalhar em diversas
situações, nas mais variáveis proporções de leves ou pesados, dependendo para o seu bom
desempenho o dimensionamento adequado dos orifícios de entrada da alimentação e saída
dos produtos (LUZ, 2004). De modo geral, para a escolha de um equipamento tanto de
separação estática quanto dinâmica, irão depender dos seguintes fatores (LUZ, 2004):
Capital disponível;
Espaço requerido para a instalação;
Tamanho máximo da partícula a ser tratada;
Capacidade de alimentação;
34
Densidade de separação.
Para contribuir em uma melhor eficiência do equipamento, deve-se molhar a
alimentação antes que a mesma entre no separador (CAMPOS, 2004). Devido a vasta
gama de equipamentos existentes para a separação em meio denso, serão apresentados
apenas os principais da separação estática e da dinâmica.
2.7.1 Separador de cone WEMCO
O separador de cone do tipo WEMCO é um separador estático, que possui um
tanque cônico de até 6 m de diâmetro, podendo processar partículas de até 10 cm de
diâmetro e com uma capacidade de até 500 t/h (CAMPOS, 2004). Existe um mecanismo
interno de agitação lenta o suficiente para que o meio continue em suspensão uniforme e
ao mesmo tempo auxilia com que o produto flutuado se direcione a periferia do separador,
onde é removido por transbordo com uma certa quantidade de meio denso, no qual é
recuperado no circuito posteriormente (LUZ, 2004).
Já o produto afundado é retirado por meio de bomba ou de fluxo ascendente
externo ou interno com ar comprimido, para ambos os casos, o meio denso que sai com
o afundado é drenado e volta diretamente para o cone (LUZ, 2004).
Os separadores de cone foram desenvolvidos para o beneficiamento de minérios
com alta eficiência metalúrgica no tratamento de partículas finas, são mais recomendados
para o tratamento de carvões que possuem grande quantidade de material leve e
granulometria variando de 3 a 100 mm. Portanto, para minérios com maior quantidade de
material pesado não são recomendados (CAMPOS, 2004).
35
Figura 4: Separador de cone tipo WEMCO, com bomba de ar comprimido
Fonte: Adaptado de Campos (2004)
2.7.2 Separadores de Tambor
Os separadores de tambor convencionais são utilizados no beneficiamento de
minérios metálicos e não metálicos, com granulometria das partículas variando de 5 a 300
mm, sendo indicados para situações em que há grande quantidade de pesados (LUZ,
2004). Basicamente, eles consistem de um tambor cilíndrico rotativo com ressaltos que
se encontram na parede interna do tambor, com o objetivo de remover o produto
afundado, enquanto o flutuado é retirado por transbordo em um vertedouro localizado na
extremidade oposta à alimentação (PITA, 2008).
O separador de tambor se mostra versátil no que se diz respeito aos produtos
com este equipamento pode-se gerar dois ou três produtos de separação (CAMPOS,
2004). Quando se deseja dois produtos, o separador terá apenas um compartimento de
separação, já quando o objetivo são três produtos serão necessários dois locais para
separação, contudo os compartimentos para três produtos trabalharão independentes um
do outro (PITA, 2008). Sendo que o produto afundado do primeiro compartimento
36
alimenta o segundo, no qual possui uma densidade de separação mais alta que o primeiro
(PITA, 2008).
No que se refere ao dimensionamento do equipamento, os separadores podem
ser construídos de vários tamanhos, até de 4,3 m de diâmetro por 6 m de comprimento e
uma capacidade de 450 t/h (LUZ, 2004). Vale ressaltar que existem placas longitudinais
internas que separam a superfície do flutuado com a descarga do afundado (LUZ, 2004).
Uma comparação entre os separadores de tambor com os cônicos, é que nos
separadores de tambor o meio denso fica em uma pequena profundidade, diferentemente
dos cônicos, o que acarreta em uma maior uniformidade na densidade em toda a extensão
do tambor e consequentemente minimiza a sedimentação das partículas pertencentes ao
meio denso (CAMPOS, 2004). Outro fator que contribui para uma boa homogeneização
do meio denso é a agitação provocada pelos elevadores (CAMPOS, 2004).
Figura 5: Separador de tambor de dois compartimentos
Fonte: Adaptado de Luz (2004)
2.7.3 Separador Teska
O separador Teska atualmente é produzido pela Humboldt Wedag com aplicação
no beneficiamento de carvões (LUZ, 2004). Este separador possui um tambor com
caçambas internas de chapas perfuradas para transporte do material afundado e drenagem
do meio denso, onde o tambor gira dentro de um tanque aberto que contém o meio denso
37
(CAMPOS, 2004). Já o produto flutuado é removido do lado oposto ao da alimentação,
sendo feito por transbordo ou por pás em uma calha (CAMPOS, 2004).
Logo após, o flutuado é descarregado em peneiras primárias para a drenagem do
meio denso, para retornar ao tanque do separador (CAMPOS, 2004). Quanto ao afundado
que se encontra no tanque do meio denso é elevado pelas caçambas do tambor e
descarregado em uma outra calha (CAMPOS, 2004).
Uma ação importante para evitar alguma tendência de formação de gradiente de
densidade dentro do tanque do separador se refere ao controle da corrente descendente de
meio denso que sai das caçambas de chapas perfuradas e é descarregado no tanque através
de orifícios ajustáveis, sendo esta uma característica do separador Teska (CAMPOS,
2004). Este tipo de separador possui como característica uma taxa de alimentação de até
500 t/h com granulometria de 150 a 1500 mm; suspensão magnetita 98% menores que
0,2 mm; são utilizados na pré-lavagem ou corte final (CAMPOS, 2004).
Figura 6: Separador Teska
Fonte: Adaptado de Luz (2004)
38
2.7.4 Separador Drewboy
Podendo ser considerado uma modificação do separador Teska, o separador
Drewboy possui o seu tambor de maneira inclinada e não na vertical como o Teska (LUZ,
2004). O Drewboy assim como o Teska é muito aplicado no beneficiamento de carvões,
ele possui uma taxa de alimentação de 150 a 200 t/h com granulometria de 6 a 800 mm
(CAMPOS, 2004).
O Drewboy, possui apenas dois produtos, logo, uma alternativa encontrada para
a geração de um terceiro produto é a inserção de um outro separador, deixando os dois
em série (CAMPOS, 2004). Essa alternativa é muito comum para este tipo de separador
e assim como os separadores Teska.
Se tratando da alimentação, a mesma entra no equipamento em uma das
extremidades do tanque, enquanto os produtos flutuados são descarregados na
extremidade oposta e os afundados são retirados do fundo do tanque por uma roda
constituída de compartimentos radiais montada em um eixo inclinado, este eixo é
suportado por mancais localizados fora do compartimento do meio denso (LUZ, 2004).
O meio denso neste separador é alimentado pelo fundo do tanque ou por cima, próximo
ao local que ocorre a alimentação do minério ou do carvão (LUZ, 2004).
Figura 7: Vista lateral do separador Drewboy
Fonte: Adaptado de Luz (2004)
39
2.7.5 Separador Norwalt
Como os separadores anteriores o separador Norwalt também é utilizado no
beneficiamento de carvões. Este separador basicamente é feito por um tanque anular com
uma parte interna cônica, no qual protege o mecanismo de acionamento do sistema de
remoção do produto afundado (CAMPOS, 2004).
No separador Norwalt a alimentação é feita mais no centro do equipamento,
dentro de uma cortina anular que imerge um pouco no tanque de meio denso, esta cortina
obriga a alimentação a imergir no meio denso, evitando a saída de produtos pesados com
os produtos leves (LUZ, 2004). Com isso, os flutuados são descarregados por transbordo
nos vertedouros do separador e os afundados são retirados continuamente no fundo do
separador por uma sistema de arraste ou a um sistema similar ao Drewboy (LUZ, 2004).
Estes sistemas de remoção dos afundados evita que as partículas do meio denso se
sedimentem (LUZ, 2004).
Figura 8: Separador Norwalt
Fonte: Adaptado de Campos (2004)
40
Sobre os equipamentos de separação dinâmica as partículas finas possuem baixa
velocidade de sedimentação, um aumento na aceleração do campo através da injeção da
polpa tangencialmente, forças centrífugas 40 vezes a da gravidade e uma separação
eficiente até 0,5 mm, são características destes equipamentos. Serão abordados o ciclone
de meio denso, o separador Dynawhirlpool (DWP), o separador Tri-flo e o ensaio de
laboratório chamado de Afunda-Flutua. Estes equipamentos abordados são apresentados
com o intuito de abranger a maioria dos separadores dinâmicos.
2.7.6 Ciclone de Meio Denso
Os ciclones de meio denso geralmente são aplicados no beneficiamento de
minérios e de carvões (PITA, 2004). Uma particularidade destes equipamentos é que
devido a alta força centrífuga empregada possibilita a separação de partículas com
granulometrias mais finas do que outros métodos gravíticos (PITA, 2004). No entanto, a
alimentação nos ciclones não deve ter partículas abaixo de 0,5 mm, afim de evitar que as
mesmas contaminem o meio denso e com isso, inibindo as perdas de meio denso para
possíveis partículas de granulometrias finas (PITA, 2004). Como operam com pressões
de 6,0 a 20,0 lb/pol², sendo mais adequado entre 14 e 15 lb/pol², os ciclones podem
trabalhar com uma granulometria entre 50,0 e 0,5 mm, contudo a recomendação é que se
utilize uma faixa granulométrica entre 20,0 e 0,5 mm (CAMPOS, 2004).
Para os ciclones de meio denso a sua separação é complexa e diversas variáveis
a afetam, tais como: pressão de alimentação; densidade da polpa de meio denso;
granulometria do meio denso; formas das partículas, distribuição granulométrica,
composição das partículas leves e pesadas; ângulo da seção cônica do ciclone (LUZ,
2004). Todas as variáveis afetam o desempenho da separação, contudo, a granulometria,
densidade do meio denso e o ângulo do ciclone possuem um efeito marcante (LUZ, 2004).
A presença de forças de cisalhamento dentro dos ciclones possibilita o emprego
de partículas mais finas de ferro-silício ou magnetita para a formação do meio denso,
contribuindo assim para a estabilidade da suspensão (CAMPOS, 2004). Nos ciclones de
meio denso a alimentação e o meio denso são introduzidos no equipamento por gravidade
em uma determinada altura manométrica possibilitando que a alimentação aconteça de
forma tangencial e sob pressão (CAMPOS, 2004). Para os ciclones Dutch State Mines
(DSM) essa altura encontra-se por volta de nove vezes o diâmetro do ciclone no caso de
beneficiamento de carvões e diamantes (PITA, 2004).
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A preferência na alimentação para os ciclones é que a mesma ocorra por
gravidade, devido ao fato de reduzir a degradação da alimentação (CAMPOS, 2004). Para
os produtos gerados, os afundados movem-se ao longo da parede do ciclone e se
encaminham para o ápex, underflow, enquanto que os flutuados se dirigem para o
overflow, vórtice finder (PITA, 2004).
Figura 9: Ciclone de meio denso
Fonte: Adaptado de Campos (2004)
2.7.7 Separador Dynawhirlpool (DWP)
O separador Dynawhirlpool (DWP) atualmente é utilizado para o
beneficiamento de carvões e minérios de diamante, bauxita refratária e fluorita, na faixa
de 0,5 a 15 mm (PITA, 2004). Este equipamento se baseia em um cilindro de
comprimento e diâmetro definidos com aberturas nas extremidades sob forma de tubos,
por onde são realizadas a alimentação do minério e a remoção do flutuado (CAMPOS,
2004).
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Além desses há ainda a existência de dois tubos laterais situados na parte inferior
cilindro onde é realizada a entrada tangencial do meio denso e a superior do mesmo, por
onde há a descarga do afundado (CAMPOS, 2004). Quanto a alimentação do meio denso,
esta é realizada na maior parte, algo entorno de 90% por bombeamento na parte lateral e
inferior do cilindro, e o restante entra junto com a alimentação (CAMPOS, 2004). Esse
cilindro trabalha com a inclinação de acordo com o material a ser processado, para
minérios essa inclinação fica por volta de 25° e 15° para carvão; diâmetro de 40 a 65 cm;
taxa de alimentação de 50 a 100 t/h e pressão de alimentação entre 70 e 100 kPa
(CAMPOS, 2004).
A granulometria do minério que alimenta o equipamento varia de acordo com o
diâmetro do cilindro, no qual um cilindro com 152,4 mm trabalha com partículas na faixa
granulométrica de 12,7 mm, e um cilindro com diâmetro de 470 mm com partículas de
38,1 mm, sendo os respectivos valores de máximos e mínimos para um DWP (AQUINO,
2007). Contudo, o limite inferior vai depender das dificuldades operacionais em separar
o meio denso do minério, pois, ao se tratar de densidades elevadas, a viscosidade do meio
dificulta o trabalho com peneiras muito finas (AQUINO, 2007). Deve-se ater também a
umidade do minério na alimentação, sendo que ela modifica a densidade do meio, por
isso a mesma não deve ser superior a 10% (AQUINO, 2007).
O meio denso entra no equipamento de forma tangencial na parte inferior e
lateral do mesmo, possibilitando a formação de um vórtice ascendente, no qual a saída
pela abertura tangencial lateral superior se encontra o produto afundado da separação
(CAMPOS, 2004). Para a entrada da alimentação o tubo por onde ela passa é acoplado
por um funil alimentador, sendo que juntamente com a alimentação há presença de parte
do meio denso (CAMPOS, 2004).
Quanto as partículas leves da alimentação elas não conseguem penetrar no
vórtice ascendente do meio denso. E, com isso, são descarregadas com o meio denso na
extremidade inferior do equipamento, diminuindo a degradação das partículas leves
(LUZ, 2004). Já as partículas pesadas da alimentação, diferentemente das leves,
conseguem penetrar no vórtice ascendente e são descarregadas com parte do meio denso
na abertura lateral superior através de uma mangueira de descarga (LUZ, 2004). Devido
as partículas pesadas serem retiradas próximo à alimentação, o tempo das mesmas no
equipamento é curto, e, com isso, há uma diminuição da degradação das partículas
pesadas (LUZ, 2004).
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Diferentemente das demais partículas, as que possuem densidade próxima ao
meio denso são as únicas há entrarem em contato com as paredes internas do cilindro por
um tempo maior (CAMPOS, 2004). Como já mencionado, a descarga dos pesados é feita
por uma mangueira, no entanto, é importante dizer que a altura da mangueira contribui
para ajustar a pressão de topo, e também de auxiliar no controle da densidade de corte
(CAMPOS, 2004).
Como se pode observar a separação no DWP consiste na criação e controle de
um vórtice ascendente, em que sua forma e estabilidade são afetadas por variáveis
geométricas e operacionais (AQUINO, 2007). As variáveis geométricas são:
comprimento do cilindro; diâmetro do cilindro; diâmetro e comprimento dentro do
cilindro dos tubos de alimentação e de saída do flutuado; diâmetro de entrada do meio
denso e de saída do afundado (AQUINO, 2007). No que se refere as variáveis
operacionais, menciona-se a pressão de alimentação do meio denso; a pressão de descarga
do afundado e a inclinação do DWP (AQUINO, 2007).
O DWP possui uma capacidade de 100 t/h, e apresenta vantagens como propiciar
uma menor degradação dos produtos da separação; menor desgaste operacional; ter bom
desempenho de separação; custos operacionais baixos (CAMPOS, 2004).
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Figura 10: Separador Dynawhirlpool
Fonte: Adaptado de Campos (2004)
2.7.8 Separador Tri-Flo
O separador Tri-Flo se baseia em acoplar dois DWP, tendo aplicações em
carvões, minerais metálicos e não metálicos (PITA, 2004). A entrada do meio denso e a
remoção do afundado são em forma de voluta, o que significa uma menor turbulência na
entrada da alimentação em consideração ao DWP (PITA, 2004). Operando em dois
estágios, o produto do primeiro estágio no Tri-Flo é retratado no segundo com a mesma
densidade do meio ou em densidade diferente (PITA, 2004).
Com isso, este equipamento obtém três produtos, o considerado misto pode ser
cominuído, deslamado e retornar ao mesmo circuito ou ser tratado em circuito separado
(CAMPOS, 2004). Para o beneficiamento de minerais metálicos, o segundo estágio de
separação consegue aumentar a recuperação global no circuito (CAMPOS, 2004). O
segundo produto pode ser rebritado e, após a deslamagem, retornar ao circuito
(CAMPOS, 2004).
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Na separação de carvões o segundo estágio purifica o flutuado do primeiro
conseguindo um carvão de alta pureza (LUZ, 2004). Com os dois estágios de separação
aumenta-se a eficiência da operação (LUZ, 2004). Os separadores Tri-Flo podem ser
fabricados em quatro tamanhos, variando de 250 a 500 mm de diâmetro e capacidade de
15 a 90 t/h, respectivamente (LUZ, 2004).
Figura 11: Separador Tri-Flo
Fonte: Adaptado de Campos (2004)
2.7.9 Afunda-Flutua
Por fim, é apresentado um equipamento de uso laboratorial chamado Afunda-
Flutua. Este equipamento permite a realização de alguns ensaios de separação em meio
denso, com material de granulometria geralmente maior que 0,6 mm, com quantidades
que variam entre 1 e 2 Kg, em que são recomendados para o dimensionamento de
equipamentos industriais e realização de ensaios em escala piloto (AQUINO, 2007).
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O Afunda-Flutua baseia-se de dois compartimentos cilíndrico-cônicos que se
comunicam por meio de uma calha (LUZ, 2004). Nos dois compartimentos há peneiras
no fundo das partes cilíndricas, que permitem a circulação do meio denso, sendo que o
mesmo se movimenta por bombeamento do maior compartimento para o menor (LUZ,
2004).
A maioria dos ensaios feitos por este equipamento buscam verificar a eficiência
de corte em uma densidade levantada em ensaios densimétricos ou para preparar uma
quantidade de produto para ensaios de aplicação industrial, utilizando material com
granulometria grossa (CAMPOS, 2004). Os ensaios são considerados simples e de baixo
custo, porém úteis na avaliação do processo de separação, necessitando de pequenas
quantidades de amostras, eles são realizados em bateladas com alimentação previamente
preparada (AQUINO, 2007).
O funcionamento do equipamento de forma sucinta consiste na introdução da
alimentação no maior compartimento, o material que flutua passa por transbordo e por
meio de uma calha para o compartimento menor, no qual fica retido em uma peneira
(CAMPOS, 2004). O afundado permanece no compartimento maior, e com isso, a
efetivação da separação (CAMPOS, 2004).
Figura 12: Afunda-Flutua
Fonte: Adaptado de Luz (2004)
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3 CONSIDERAÇÕES FINAIS
Posteriormente, ao estudo apresentado sobre a separação em meio denso é
possível realizar algumas considerações sobre o tema, os quais serão apresentados a
seguir:
A separação por meio denso é um método de classificação gravimétrica, sendo
considerado o de maior precisão de corte, o qual baseia-se na diferença de densidade entre
um meio fluido e os minerais a serem separados, resultando na geração de dois ou três
produtos dependendo do equipamento utilizado.
É recomendado utilizar este método de concentração para minerais com
densidade no intervalo de 0,4 a 19 g/cm³ e granulometrias mais grosseiras, variando entre
0,5 mm e 300 mm, para contribuir na eficiência do processo, quando a maior parte dos
minérios apresentam densidade maior que a água, criando um meio denso que pode ser
constituído de líquidos orgânicos, suspensões estáveis ou soluções de sais inorgânicos
através da dissolução de sais ou pela dispersão em água de material com densidade
elevada.
Para que haja uma boa separação atualmente os meios densos que produzem um
melhor resultado são os líquidos orgânicos, as soluções de sais inorgânicos em água e
suspensões de sólidos de granulometria fina em água.
Ao aplicar a separação por meio denso através do método estático, é
recomendado trabalhar com tamanhos entre 3 mm e 6 mm, sendo mais comumente
aplicado partículas com 6 mm, podendo chegar até mais de 150 mm no caso de carvões.
A determinação para a granulometria ideal irá depender dos equipamentos e da facilidade
em se trabalhar com o material na usina.
O método estático utiliza apenas a força gravitacional, o dinâmico por sua vez
atua com forças centrífugas por volta de vinte vezes ou mais que a força gravitacional
atuante na separação estática. Os separadores dinâmicos possuem uma maior capacidade
de separação do que os estáticos devido ao fato da força centrífuga ser bem maior que a
força gravitacional e pelo mesmo motivo também conseguem a separação de partículas
mais finas.
Todos os meios densos buscam possuir características imprescindíveis para
serem considerados ideais em uma determinada aplicação, sendo elas: formar suspensão
ou solução estável; não ser corrosivo; possuir baixa viscosidade; não ser tóxico; ser
passível de recuperação; ter fácil ajuste de densidade; ter baixo custo.
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Ao comparar as soluções aquosas de sais inorgânicos, com os líquidos orgânicos,
elas se apresentam mais barata e possibilitam o tratamento de amostras úmidas, no
entanto, não obtém soluções com densidade superior a 1,95.
Apesar de ter ocorrido tentativas de utilizar os líquidos orgânicos em substituição
aos sais inorgânicos para a separação de minerais na indústria, esta tentativa não pode se
concretizar devido a toxidez, corrosão, baixa pressão de vapor, consequentemente
grandes perdas por volatização e os altos custos.
Para ocorrer uma mistura estável, deve se atentar para uma propriedade
importante tanto para os líquidos orgânicos quanto para os diluentes, que é a pressão de
vapor, quanto menor a pressão de vapor deles, bem como a diferença das pressões de
vapor entre os líquidos densos e diluentes, mais estável será a mistura.
É indispensável que uma suspensão de sólidos em água apresente as seguintes
características, para que a mesma seja considerada ideal: dureza elevada; estabilidade
química; densidade elevada; recuperação fácil; estabilidade de suspensão; granulometria
e grãos arredondados.
A magnetita possui sua utilização restrita a separação de minerais de baixa
densidade, como: grafita, gipsita e carvão. Isso se deve a sua densidade de 5,0 a 5,2, o
que gera uma polpa com densidade máxima de 1,9.
Para as suspensões de sólidos em água o meio denso de maior destaque e mais
utilizado é o ferro-silício, ele pode se apresentar atomizado, moído e com 15% de silício.
Com densidade de 6,9 possibilita a geração de polpas com densidade máxima de 3,4, o
que representa um intervalo capaz de separar a maioria dos minerais metálicos.
Com o aumento da concentração de sólidos ocorre o aumento da densidade da
suspensão, contudo, na prática há um limite. Isso se deve a viscosidade da suspensão
atingir o limite em que a fluidez do meio fica comprometida, dificultando a separação dos
minerais, sendo assim, o limite da concentração de sólidos varia entre 70 e 86% em peso.
A inexistência de uma tensão mínima de cisalhamento que faça a partícula
movimentar-se em fluidos não-newtonianos; tempo insuficiente para separação das
partículas e ação de correntes dispersivas são fatores que podem interferir na separação
por meio denso, de maneira até a impedir que ocorra a separação.
Para evitar a perda de material no circuito de recuperação do meio denso é
necessário que o limite de escoamento seja atingido, o que acarretaria no aumento da
viscosidade para situações impraticáveis. Por isso, é de suma importância que se encontre
um equilíbrio entre a estabilidade da suspensão e o aumento da viscosidade.
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Os equipamentos de separação estático necessitam de um tempo de residência
consideravelmente maior que os separadores dinâmicos, visto que o volume do meio
denso utilizado também é maior nos separadores estáticos.
REFERÊNCIAS
AQUINO, J. A. de.; OLIVEIRA, M. L. M. de.; BRAGA, P. F. A. Ensaios em Meio
Denso. CETEM. Rio de Janeiro, nov. 2007.
CAMPOS, A. R. de.; LUZ, A. B. da.; CARVALHO, E. A. de. Separação em Meio
Denso. CETEM. Rio de Janeiro, dez. 2004.
DUTRA, Ricardo. Beneficiamento de Minerais Industriais. In: II Encontro de
Engenharia e Tecnologia dos Campos Gerais. [s.l.: s.n.], ago. 2008.
LUZ, A. B. da.; SAMPAIO, J. A.; ALMEIDA, S. L. M. de. Tratamento de Minérios.
4 ed. CETEM/MCT. Rio de Janeiro, 2004.
MARTINS, Lemyr. Produção de Concentrado de Zinco a partir de Minério
Silicatado com Redução no Teor de Carbonatos. Tese de Doutorado – UFMG. [s.l.],
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PARANHOS, Régis Sebben. Beneficiamento em Meios Densos. Tecnologia em
Mineração – UNIPAMPA. [s.l.: s.n.], [200-?]. Transparência.
PITA, F. A. G. Disciplina: Concentração e Diagramas. Universidade de Coimbra.
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SOUZA, Maria Luiza. Separação por Meio Denso. Universidade De La Republica –
Uruguai e UFRGS – Brasil. Montevideo e Porto Alegre, [s.n.], ago. 2013.
Transparência.
