INTRODUÇÃO O sucesso da separação em meio denso, o processo estático comumente denominado afunda-flutua, é evidenciado pela operação de uma grande quantidade de instalações que trata uma ampla variedade de materiais que variam desde cascalho até diamantes. Visto este processo de afunda-flutua ter a limitação de tratar apenas materiais acima de ¼ procurou-se estender o mesmo para aplicações de meio denso no campo de partículas de tamanho mais fino, sem entretanto colocar um limite restritivo no tamanho máximo da alimentação. Através da aplicação da força centrífuga como incrementador da força da gravidade na separação de finos pela técnica do afunda-flutua, chegou-se ao desenvolvimento do equipamento e processo conhecido atualmente como Processo Centrífugo de Meio Denso. DESCRIÇÃO O equipamento de separação é constituído de um vaso cilíndrico, cujo comprimento é de aproximadamente cinco vezes o seu diâmetro interno. Unidades mais longas são preferidas para separações difíceis, uma vez que a parte leve do meio é mantida por um período maior de tempo, dando oportunidade ao material mais fino de atingir a periferia. Estas extremidades são constituídas de cabeçotes independentes flangeados ao corpo do equipamentos. Ambos cabeçotes possuem entradas axiais que coincidem com o eixo longitudinal do equipamento e aberturas tangenciais. O meio circulante é bombeado através da abertura tangencial da parte inferior do equipamento O material mais pesado é descarregado a partir da abertura tangencial superior. O ângulo existente entre a descarga do produto pesado e a tangente da entrada do meio, é crítico em muitos casos. Usualmente utiliza-se ângulos variando entre 25 0 e 60 0 A abertura axial do cabeçote superior é dotada de um tubo de alimentação que se estende para dentro do cilindro numa distância que varia de seis à doze polegadas. Semelhantemente o cabeçote inferior também possui um tubo que se estende para dentro do cilindro, sendo geralmente por onde o produto leve é descarregado. Durante o trabalho, o equipamento deve ser posicionado com o eixo longitudinal inclinado de 25 a 45 graus em relação à linha horizontal. Em alguns casos a separação melhora com ângulos menores. A unidade também funcionará na posição horizontal, porém a alimentação fica dificultada. Operações na posição vertical também é possível, mas cria a possibilidade de perda de material alimentado através do vortex central, sem a devida separação. O classificador centrífugo de meio denso é construção soldada em aço carbono revestido com borracha natural anti-abrasiva. Sua concepção construtiva de seções independentes, permite que somente as partes gastas possam ser substituídas rapidamente. 1/10
Experiências de campo tem mostrado necessidade de substituição dos revestimentos dos cabeçotes da alimentação e do material pesado após aproximadamente 3000 horas de operação. A figura 1, mostra o alimentador centrífugo de meio denso em operação, que pode ser descrita individualmente para cada região do equipamentos de acordo com numeração da figura. 1 A alimentação é admitida através pelo chamado tubo de alimentação 2 O meio entra na unidade CCMD tangencialmente e sob pressão, através do tubo de admissão de meio 2/10
3 O meio em ascensão cria um vortex aberto em toda extensão do cilindro, com peso específico aumentando para cima em direção à abertura de descarga e radialmente em direção à parede do cilindro. 4 A separação do material pesado e leve ocorre ao longo da face interna do vortex, de maneira tal que o material mais leve se desloca para baixo ao longo da face interna. 5 O material leve é descarregado através do chamado tubo de saída de material leve 6 O material pesado penetra o meio em ascensão e é carregado em direção à parede externa do vortex e para cima em direção à saída de material pesado. 7 O meio de alto peso específico e partículas pesadas, são descarregados através do tubo de descarga de material pesado OPERAÇÃO DO PROCESSO CENTRÍFUGO DE MEIO DENSO Na operação do processo centrífugo de meio denso, o meio é alimentado com um peso específico pré-determinado, sendo bombeado através da abertura tangencial inferior do equipamento. O meio forma uma espiral ascendente próximo da parede interna do cilindro e é descarregado tangencialmente através da abertura de material pesado no topo do vaso. Considerando um circuito típico como o da Fig.#2. o fluxo de material pesado é transportado por uma mangueira de elevação ajustável até uma peneira de recuperação. A elevação desta mangueira cira uma contra-pressão na saída de material pesado e retarda, num grau controlado e sem restrição, o volume do fluxo deste material pesado através da saída. 3/10
Fig. 2 Circuito Típico do separador centrífugo de meio denso O volume do material que passa através da descarga de pesados é menor que o volume do material bombeado na entrada inferior do equipamento. O material em excesso, desta forma, é forçado a reverter sua direção longitudinal e ainda, enquanto girando, formar uma corrente de fluxo que origina um vortex no eixo do equipamento e que se origina na altura da alimentação, se dirigindo para baixo ao longo de todo o comprimento cilíndrico, terminando 4/10
por ser descarregado pelo tubo de saída do material leve, localizado axialmente na extremidade inferior do equipamento. A força cilíndrica atuante no material girante é substancial e pode ser aumentada ou diminuída, elevando-se ou abaixando-se ou abaixando-se a pressão sob a qual o material é introduzido no bocal de alimentação na parte inferior do classificador. Considerando-se todos os outros fatores constantes, aumentar a pressão de admissão resulta em aumento na velocidade de admissão e de volume de material. Aumentando-se a velocidade de admissão do material, aumenta-se a força centrífuga e as vazões através das descargas de leve e pesado. E conclusivo o fato de que, os padrões de fluxo e força uma vez definidos, devam ser cuidadosamente considerados quando do projeto de uma planta com um problema específico de separação. A experiência tem demonstrado que uma vez que os diverso fatores envolvidos estejam em balanço, não existe tendeência para estes padrões se modificarem e a operação do processo é bastante estável. TIPOS DE MEIOS A separação desejada define o meio de separação fluida. Alguns tipos de sólidos podem ser separados num meio que consiste apenas de água. Alguns grãos e sementes caem nesta categoria. Sólidos minerais geralmente tem peso específico maior que 1,0 e requerem um meio que tenha peso específico intermediário entre as frações leves e pesadas a serem separadas. Soluções de sais tais como cloreto de cãlcio ou cloreto de zinco podem produzir o peso específico necessário. Líquidos orgânicos tais como hidrocarbonetos halogenados podem ser adequados. Geralmente um meio fluído consistindo da suspensão em água, de sólidos finamente divididos, é.o mais indicado para se criar uma densidade aparente de polpa adequada à separação dos constituintes minerais e disponíveis a um custo razoável. Considerando que os meios sólidos terão que ser separados dos fragmentos minerais, e de contaminantes minerais finos e desaguados para reutilização, sistemas modernos com meios pesados, geralmente usam meios sólidos que podem ser retirados por equipamentos magnéticos. Outros sólidos como a pirita que podem ser separados por flotação ou outros métodos de concentração podem ser utilizados Nossa experiência com o processo centrífugo de meio denso, tem demonstrado a necessidade de se utilizar meios sólidos mais finos do que os normalmente utilizados em sistemas estáticos de meio pesado. Os graus comercialmente disponíveis de ferro silício e magnetita são usualmente de 90-95 % menores que 325 mesh. 5/10
CONTROLE DO PESO ESPECÍFICO A força centrífuga gerada no CCMD é suficiente para criar um alto diferencial de densidade entre o meio descarregado com o produto pesado, e o meio com o produto leve. Foi observado que um diferencial moderado de densidade não é prejudicial à separação, mas pode de fato, ser transformado em vantagem, visto que permite o uso dos sólidos com peso específico mais baixo do que o aceitável para a mesma separação num sistema estático isto devido a excessiva viscosidade do meio. Por exemplo, uma mistura em partes iguais de magnetita e ferro silício pode ser usada no processo com CCMD para executar uma separação que iria requerer puro ferro silício num sistema estático. O peso específico da separação não pode ser determinado pela medição de nenhum fluxo de meio. O peso específico do meio leve será mais baixo do que o peso específico dos meios de alimentação. O peso específico do meio pesado será maior do que o peso específico do meio de alimentação. O peso específico da separação estará com valores situados entre os do meio de alimentação e do meio leve. Este tenderá a se aproximar do peso específico tanto do meio de alimentação como do meio leve dependendo de outras condições de operação. Assim que a operação estiver estabilizada para uma determinada separação, será fácil e rapidamente visível, que o peso específico de amostras retiradas do meio de alimentação terá que ser corrigido por um fator para indicar o peso específico real do material separado. Por exemplo, pode-se achar necessário manter o peso específico do meio de alimentação em 2,77, para se conseguir o material separado, com peso específico de 2,75. Tal relação empírica, uma vez estabelecida, permanecerá constante, a menos que uma modificação de monta seja realizada em alguma outra fase de operação. PRESSÃO DO MEIO DE ALIMENTAÇÃO : O terceiro mais importante controle de operação é a pressão do meio de alimentação que reflete a velocidade de entrada do material e o volume de material que passa através da unidade. Experimentalmente, foram testadas pressões de admissão de material na unidade, variando de 5 a 35 libras por polegada quadrada (manométrica). Geralmente, pressões de alimentação variando entre 8 e 12 psig resultam na eficiência ótima de separação conjugada a um mínimo consumo de energia. 6/10
Aumentando-se apressão de alimentação haverá um aumento na força centrífuga gerada e conseqüente aumento da taxa de recuperação de partículas pesadas finas. Ao mesmo tempo, o aumento de volume do material passando através do CCMD irá incrementar a velocidade descendente de movimento do vortex interno com redução do tempo de separação. Este efeito pode ser controlado aumentando-se o fluxo de material através da saída de material pesado. CONTRA-PRESSAO : A descarga de material pesado deve ser dotada de uma mangueira ajustável que conduz o fluxo para a tela de recuperação de material pesado. Esta mangueira de descarga é montada em forma de arco ajustável com a parte superior situada num ponto entre 30 e 60 polegadas acima da saída tangencial de descarga de material pesado da unidade. Este arranjo tem por efeito a imposição de uma contra-pressão na saída de material pesado e desta forma controlando o fluxo de material pesado sem a introdução de um orifício restritor. Esta característica representa uma tremenda vantagem porque permite o uso de um orifício de descarga de material pesado de grandes dimensões, eliminando assim a possibilidade de entupimento devido a grandes fragmentos incidentais ou variações incontroláveis de material pesado na alimentação. A utilização de um orifício de diâmetro fixo para esta função poderia prever um ajuste para condições ideais, porem grandes e inevitáveis fragmentos ou pequenas variações de capacidade resultariam em bloqueamento. Uma saída livre e de tamanho suficiente para permitir passagem de grandes fragmentos ou variações de capacidade, sem o perigo de entupimento, pode mostrar a diferença entre uma operação suave e uma operação caracterizada por paradas freqüentes e separação metalúrgica irregular. A saída de descarga de material pesado de um CCMD, pode ser projetada com diâmetro suficiente para permitir passagem livre de grandes fragmentos de material pesado ou variações de capacidade sem permitir o livre fluxo de meio pesado, porque a taxa de descarga de material pesado pode ser precisamente controlada através do ajuste da contra-pressão, pelo simples expediente de se levantar ou abaixar a extremidade superior do arco da mangueira de descarga. A operação ideal consiste no posicionamento do arco da mangueira de maneira tal que permita um fluxo de material pesado ligeiramente em excesso daquele requerido para suportar um pico na capacidade de material pesado. Um fluxo livre de material pesado na descarga, ou um fluxo excessivo iria perturbar as correntes circulares no tubo de alimentação e resultar na contaminação do material por material pesado de baixo peso específico. 7/10
VANTAGENS DO PROCESSO CENTRÍFUGO DE MEIO DENSO As vantagens mercantes podem ser descritas sumariamente como se segue: 1..Alta eficiência metalúrgica que tem sido demonstrada repetidamente em vários programas pilotos de teste e em várias plantas de alta capacidade. 2. Padrão de fluxo de material independente da alimentação de minério. Somente o fluxo de material é bombeado para o interior da unidade permitindo que a pressão e que as relações de fluxo se estabeleçam independentemente da alimentação de minério. Os padrões de fluxo estabelecidos não são perturbados pelo início ou interrupção do fluxo, ou por alterações da distribuição granulométrica. 3 Desgaste mínimo do equipamento por causa do mínimo contato das pedras com metal. O material abrasivo fragmentado não passa através da bomba centrífuga, sendo transportado em alta velocidade através de dutos e arremessado contra as paredes internas do vaso. No Classificador Centrífugo de Meio Denso somente o meio de alimentação é bombeado para o interior do vaso. A alimentação de minério, juntamente com um fluxo lubrificante de meio, desliza gentilmente para baixo através do tubo de alimentação e é depositado na face do vortex interno. A fração leve do minério não toca o metal neste processo. A fração pesada é assentada através de um colchão de meio à parede interna do cilindro e é imediatamente removida do vaso através da saída do material pesado. O máximo desagaste da unidade ocorre no cabeçote de descarga de material pesado, que usualmente tem requerido reposição somente após 3000 horas de operação. 4 Os fatores descritos acima como responsáveis por um desgaste mínimo são também responsáveis pela degradação não acentuada do material que está sendo separado. Isto é de -particular importância quando se está tratando carvão, que, sendo friável, é prontamente partido em finos menos valiosos quando trazido a um contato violento com partes metálicas. No processo centrífugo de meio denso o carvão leve é gentilmente depositado na interface de ar do vortex interno e aí permanece ate ser descarregado nela unidade sem ter estado em contato com metal. 8/10
5 A capacidade de absorver variações é inerente ao processo em questão uma vez que o projeto básico é tal que as variações no fluxo de alimentação e grandes variações na relação pesado-leve dos componentes de alimentação - não afetam adversamente a eficiência metalúrgica da separação. O Classificador Centrífugo de Meio Denso é de projeto simples e as unidades são em aeral superdimensionadas para qualquer dada capacidade e serão capazes de trabalhar sobrecarregados sem dificuldade no que diz respeito a separação metalúrgica. Entretanto, o equipamento auxiliar para recuperação de meio, normalmente não é projetado desta forma. Assim sendo, uma sobrecarga elevada e prolongada numa planta propriamente projetada, não resultaria em perda da eficiência metalúrgica, mas resultaria em altas perdas de meio e provável dificuldade em manter-se o peso especifico. Modificações abruptas e substanciais na composição da alimentação no que diz respeito a relação leve-pesada dos componentes, não afetam a eficiência metalúrgica da separação realizada num CCMD, uma vez que o vaso de separação é dotado de acessos de entrada e saída com dimensões mais do que amplas para um dado tamanho máximo de alimentação e capacidade. Todas as aberturas de alimentação e descarga trabalham totalmente abertas. Não existem restrições, orifícios, válvulas limitadoras, válvulas de mangote ou bocais, em quaisquer das aberturas. As aberturas completamente livres e irrestritas contribuem para evitar paradas devidas a fragmentos com tamanho acima do previsto, variações bruscas na alimentação ou mudanças abruptas na relação leve-pesado. 6 Gama de tamanhos tratada. A intenção básica dos projetistas do CCMD era de desenvolver um processo que estendesse a faixa de tamanhos de alimentação tratados por processos de meio denso, para tamanhos mais finos do que aqueles previamente tratados por métodos de meio estático pesado. Vasos separadores com diâmetro de 15 ½", atualmente operando com carvão, estão processando 90 toneladas por hora de materiais na alimentação, variando de 1 ¼ "até 28 mesh. Minérios básicos de metais tem sido satisfatoriamente separados até 65 mesh na operação de plantas piloto utilizando-se um circuito de limpeza de meio, separado. A alimentação mais grossa tratada até o momento, em operação comercial está abaixo de 1 ½ ". O processo centrífugo de meio denso desta forma preencheu a lacuna de frações entre o processo estático pesado e a flotacão. 9/10
O investimento de capital e os custos de operação de uma planta pelo processo centrífugo de meio denso, para uma dada capacidade serão apenas ligeiramente maiores do que aqueles para uma planta operando com o sistema de meio estático pesado na mesma capacidade. Ainda assim será grande a vantagem econômica da pré-concentracão pelo processo centrífugo de meio denso diante dos altos custos de moagem e flotação. 10/10