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Separação sólido- líquido (Adaptado de notas de aula da disciplina de Separação Sólido- Líquido, 2009. Valadão.) Otávia Martins Silva Rodrigues

Cap 2 Separação Solido Liquido

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Material Separação solido liquido Ufop

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MINRIO DE FERRO PROCESSOS DE OBTENO E SUA UTILIZAO NA SIDERURGIA

Separao slido-lquido(Adaptado de notas de aula da disciplina de Separao Slido-Lquido, 2009. Valado.)Otvia Martins Silva Rodrigues

INTRODUOOBJETIVOSrecuperao / recirculao de gua no circuitopreparao de polpas para operaes subsequentesdesaguamento final de concentradospreparao de rejeitos para descarte / utilizao

TCNICASdesaguamento mecnicoespessamentofiltragemoutros: secagem, centrifugao e flotao

INTRODUOIMPORTNCIAprocessoeconmicaambiental

SELEO DE EQUIPAMENTOSdiversas opes no mercadotarefa executada por mais de um tipo de equipamentodiversos roteiros para seleo de equipamentos esto disponveis na literaturaPurchas:Tipo de servio (escala, operao, objetivo)Caractersticas de sedimentao Velocidade de formao de torta

EXERCCIOTarefa: a e gSedimentao: A E HFiltragem: K a e g A E H K

a e g A E H KCentrfugas SedimentaoFiltros Tambor Alim BaixoFiltros de DiscoFiltros HorizontaisCentrfugas Filtragem

INTRODUO

Tcnicas de separao slido lquido em funo do tamanho de partcula ou microrganismo (Valado, 2009).

Fatores eu influenciam no projeto e na operao de sistemas de separao slido lquido:Distribuio granulomtrica do slido;Forma da partcula (caractersticas morfolgicas do material);Caractersticas de superfcie;Porcentagem de slidos na polpa / diluio;Viscosidade do lquido;Presena de partculas coloidais e ultrafinas;Pr-tratamento com reagentes que auxiliem na sedimentao;Vazo de material;Geometria do tanque de sedimentao.

Desaguamento mecnicoUsado na indstria mineral para reduzir umidade de produtos intermedirios ou finais. Os equipamentos empregados so: peneira, ciclone ou classificador espiral.

Ciclonagem

Hidrociclone: Usa a fora centrfuga como agente para realizar aclassificao das partculasConstitudo por uma parte cilndrica e outra cnica e trs orifcios:

(inlet)(vortex)(apex)

ApexVortex

Alimentao

Sada em leque

Sada em cordaPresso de alimentao ClassificaoDesaguamento

Outras maneiras de estrangular o apex:Inseres dentro do orifcio;Dispositivos de regulagem a ar comprimido;Apex de borracha apertados por braadeiras.Superviso e manuteno peridicas

CURVA DE PARTIO

% da alimentao para o underflow X tamanho da partcula tamanho de corte d50 = 50% das partculas vo para underflow prtica industrial = d95 no overflow nitidez do corte em funo da inclinao da curva

Hidrociclone - curva de partio - Real e Corrigida

By pass - partculas que vo para o underflow sem classificao

Correo Ycr = (Y - R) / (100 - R)Ycr = frao em massa corrigida que se dirige para o underflowY = frao em massa que se dirige para o underflowR = frao da gua da alimentao que vai para o underflow

By pass

Baterias - presso constante

AplicaoDesaguam bem at diluies de 75% (33% de umidade);

Usados para preparar polpas para condicionamento, separao magntica, espessamento ou filtragem;

Partculas perdidas no overflow podem ser recuperadas por outra operao unitria, por exemplo espessamento (Tapira, MG. Antiga Fosfrtil), ou no prejuzo na sua perda.

ExercciosUm ciclone de 6 tem apex de 1. Ele desagua 7,7st/h de slidos. Qual o Fp do underflow? A densidade dos slidos 2,65g/cm3.

Curvas de capacidade aproximada dos apexes para slidos com densidade 2,65g/ml. (Krebs)Fp 68%Capacidade de descarga de slidos com densidade 2,65g/ml pelo apex (sht/h)

2) Se o apex do ciclone do exerccio anterior desgastar , o que acontece com a % de slidos obtida no underflow?

3) Ainda em relao ao nmero 1, o que acontece com o FP no underflow se a estimativa adotada para a densidade do minrio estiver errada, e a densidade verdadeira for 4,2g/ml? Fp 59%

Os clculos devem ser revistos. O valor da vazo de slidos que sai pelo apex ser:

(2,65/4,2) x 7,7 = 4,9 st/h

Fp 60%

CLASSIFICAO EM MEIO FLUIDOOs classificadores mecnicos so indicados para classificao por tamanhoe desaguamento de polpas. So equipamentos empregados, mais frequentemente, em usinas de pequeno e mdio porte. Classificador espiral ou de parafuso (0,8 mm - 44m)

ABCD

alimentao

overflowunderflow

DA= Camada de fundoB= Material sedimentando e que ser transportado pelas espiraisC= Slidos mantidos em suspenso, funciona como meio classificador = Corrente horizontal em direo ao vertedouro BO desaguamento no classificador mecnico realizado pelo arraste do underflow ao longo do fundo do equipamento (parte inclinada). A partir de determinada altura o underflow sai do banho e a gua escorre ao longo da calha gerando um produto desaguado com % de slidos entre 65% e 75%.

CLASSIFICADOR ESPIRALunderflowoverflow

AplicaoProduz underflow com % slidos entre 65% e 75% (54% e 33% de umidade);

Baixo custo operacional;

Utiliza-se imerso maior da rolha para diminuir perda de finos no overflow (imerso de at 150%);

Modelos cuja a calha mais longa (inclinao maior) fornecem melhor resultado de desaguamento

Exemplo: uso na produo de areia. Neste caso tambm fornece areia deslamada (areia lavada). Lavagem no topo do equipamento ajuda reduzir ainda mais a quantidade de lama no under, o que ajuda no desaguamento pois a lama um grande portador de umidade no minrio.

Tem perdido espao na indstria mineral para os hidrociclones

27PeneiramentoEquipamento: peneira estacionria

Aplicao:Desaguamento de carvo (peneiras DSM)

27

DSM peneira desaguadora para finos

PeneiramentoEquipamento: peneira estacionria

Peneiramento: 2,5 a 1/8 a seco (64mm a 3,36mm) 2,5 a 48# a mido (64mm a 0,297mm)

Fora desta faixa sua eficincia to baixa que retm as partculas e deixa passar apenas a gua. Assim como na ciclonagem ocorre perda de finos na frao passante.

Alguns autores afirmam que o desgaste menor quando a tela horizontal (comparando-se tela com angulao ou curvada).

29PeneiramentoEquipamento: peneira vibratria

Aplicao:Preparao da alimentao dos britadores Secundrios at Quaternrios (Brucutu).Adequar a granulometria do produto sinter feed frao grossa (Brucutu).Desaguamento do sinter feed frao grossa (Brucutu). Ex: Derrick.

Caractersticas construtivas: Chassi robusto apoiado em molas.Um, dois ou trs decks.Podem ser horizontais ou inclinadas (inclusive com inclinao negativa para favorecer o desaguamento)

Caractersticas de funcionamento: Malha maior: amplitude maior - frequncia menor.Malha menor: amplitude menor - frequncia maior.

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peneira vibratria horizontalmovimento da partcula

SedimentaoDefinio: processo pelo qual a separao de um lquido com slidos suspensos (ou dois lquidos) ocorre quando o sistema deixado em repouso. A fase mais densa, por ao da gravidade, destina-se ao fundo. Baseia-se em propriedades de transporte onde partculas slidas em suspenso esto sujeitas a ao das foras de gravidade, empuxo e resistncia ao movimento.

ANTES DE ENTRARMOS NO CONTEDO DE ESPESSAMENTO, VAMOS RELEMBRAR ASPECTOS DE SEDIMENTAO.

Partculas minerais cominudas, suspensas em uma polpa, adquirem carga eltrica superficial devido:

sua estrutura cristalina e composio qumica, tal como ocorre com alguns argilo-minerais;

s interaes slido/soluo aquosa, ou seja, ionizao, adsoro de ons presentes na soluo ou dissoluo de ons pertencentes a rede cristalina dos minerais;

Aproximao de ons com carga eltrica contrria, dando origem a formao de uma dupla camada eltrica.

A estabilidade dos sistemas coloidais tratada pela teoria DLVO, desenvolvida na dcada de 40 por cientistas russos e holandeses, e baseia-se nas variaes de energia que so observadas quando partculas slidas em suspenso aproximam-se umas das outras. Apenas interaes de Van der Waals (atrativa) e eletrostticas (repulsiva) so consideradas.

Aps 50 anos de existncia, a teoria DLVO clssica foi revista com a incorporao de foras estruturais, sugeridas anteriormente por um de seus precursores (CHURAEV e DERJAGUIN, 1985), resultando na teoria DLVO estendida (extended DLVO theory ou X-DLVO).

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Finos:100m a 10m

Lamas:10m a 1m

Colides:1m a 0,01m (outros autores afirmam: 0,1m a 0,01m)

Teoria DLVO Influncia de caractersticas eltricas sobressaem influncia da gravidade quando se refere sedimentao de partculas colidais.

Comportamento de partculas slidas em meio fludo

Foras atuantes durante a sedimentao

Fora da gravidadeEmpuxo + ResistnciaP

RE

Comportamento de partculas slidas em meio fluido

Foras atuantes durante a sedimentao F = 0 = P - E - RP = peso da partcula, E = empuxo R = resistncia oferecida pelo fluidom g - m g - R = 0v g - v g - R = 0R = v g - v g R = v g ( - ) m = massa da partcula = densidade da partculam = massa de meio deslocada = densidade do meiov = volume da partculaP

RE

Comportamento de partculas slidas em meio fluidoP

RE

Stokes : Para escoamento laminar e partculas esfricasR = 3 d V d = dimetro da partculaV = velocidade de sedimentao = viscosidade do meioR = 3 d V R = v g ( - ) d g ( - ) 18 2V =

Conhecendo-se g, , , determina-se V ou d Aplica-se a sistemas diludos - escoamento laminar Resultados bons para partculas de forma irregular Partculas entre 1m e 50m e nmero Re < 0,2 Re =V d

Teoria de NEWTONPartculas > 5mm (500m) o regime passa ser turbulento

R = Q(/2)dfr2v2

VT2=8gr/3Q[(ds-df)/df]

ondeR=fora de resistncia partculaQ=coeficiente de resistnciadf=densidade do fluidor=raio da partcula (m)v=velocidade da partcula (m/s)g=acelerao da gravidade (m/s2)ds=densidade do slido

Exemplo:

Qual deve ser a velocidade terminal de uma partcula com 15 m de dimetro tendo uma densidade de 3145 kg/m3 considerando-se sua sedimentao em gua e no ar.

Dados:densidade da gua: 1000 kg/m3densidade do ar: 1,2 kg/m3viscosidade da gua: 1 x 10 -3 kg/m.sviscosidade do ar: 1,75 x 10-5 kg/m.s

O que podemos fazer para a acelerar o processo de sedimentao?

Coagulao / FloculaoAs grandes vantagens so a praticidade e a boa qualidade dos efluentes obtidos.

REAGENTES AUXILIARES COAGULAO

REPULSO ELETROSTTICA

AGREGADOS PEQUENOS ESTABILIDADE RETENO DE LQUIDO

TAXA UNITRIA

REAGENTES AUXILIARESFLOCULAO

FLOCULANTES (polmeros)

AGREGADOS GRANDES (porosos) ESTABILIDADE RETENO DE LQUIDO

TAXA UNITRIA UMIDADE

SEDIMENTAO

EXEMPLO

ESPESSAMENTOBaseia-se na sedimentao das partculas como funo de sua densidade e do campo gravitacional, o que resulta em uma operao simples e de baixo custo operacional.

UTILIZAOObteno de polpas com % de slidos adequada para etapa subsequente (filtragem, moagem, flotao, lixiviao, back fill);Preparao de rejeitos ( Fp) para descarte ou reutilizao;Recuperao de gua para reciclo industrial;Recuperao de slidos ou soluo de operaes de lixiviao, utilizados em processos hidrometalrgicos.

ESPESSAMENTOExistem dois tipos principais de sedimentadores:

- Espessador: interesse no slido (espessado com alta % de slidos).Clarificador: interesse no lquido (espessado com baixa % de slidos).

Espessadores so os mais utilizados na indstria mineral.

Operao em regime contnuo.

AplicaoEQUIPAMENTOSconvencionaisalta capacidadede lamelacones de sedimentao

O desenvolvimento de floculantes sintticos impulsionou (final dcada de 70) o desenvolvimento dos espessadores profundos (deep thicheneres). Tais espessadores possibilitam a gerao de um underflow com maiores concentraes de slidos.

ESPESSAMENTOCapacidade de uma unidade de espessamento proporcional sua rea que baseada na taxa de sedimentao dos slidos;

Relao volume e dimetro deve ser suficiente para garantir o tempo necessrio sedimentao;

Tipos de espessadores variam em funo da geometria ou forma de alimentao. Geralmente so tanques de concreto ou ao equipados com mecanismo de raspagem para proporcionar a descarga dos slidos.

ESPESSAMENTO

ESPESSADOR CONVENCIONAL

Configuraes - Espessador ConvencionalTipo PonteTipo Coluna

Espessador Convencional - Sistema de Ps (rake)

ESPESSADORES

Sistema de Calha alimentao espessador

ESPESSADOR

overflow

espessadortanque OFbombeamento OF

Espessador de alta capacidade(High Rate)Geralmente apresenta configurao geomtrica semelhante ao espessador convencional (s vezes possuem placas inclinadas no interior do tanque);

Tm maior produo por rea quando comparado ao modelo convencional;

feedwell maior interao entre reagente e polpa divide o fluxo de polpa alimentada em diversos fluxos de direes opostas reduzindo a velocidade e turbulncia da alimentao.

Ex: lamelas, alimentao submersa (EIMCO), Dorr-Oliver (cmara de mistura e floculao antes da alimentao)

ESPESSAMENTO

ESPESSADOR DE ALTA CAPACIDADE

ALIMENTADOR

Espessador de lamelasConsiste em uma srie de placa paralelas e inclinadas, entre as quais tem-se canais por onde a polpa passa;

Possui alta capacidade. A rea efetiva de sedimentao a soma da rea de todas as lamelas;

Exige pouco espao para sua instalao;

Baixo tempo de sedimentao: funo da altura de queda vertical e da distncia entre as lamelas.

ESPESSAMENTO

ESPESSADOR DE LAMELAS

Espessador High DensityFornecem underflow com % de slidos mais elevada (pasta).Pasta: sistema coloidal que se apresenta como um fluido homogneo, no apresentando drenagem significativa de gua. Valado, 2007.

Espessador Ultrasep

ESPESSADOR E-CAT

ESPESSADOR DE PASTA

PASTAS MINERAIS

DISPOSIO IN PIT

PASTAS MINERAIS

eliminao da barragem de rejeitos e seus efeitos negativos sobre a opinio pblica

maior facilidade para uso e reabilitao da rea

maior recuperao / recirculao de gua

reduo na rea necessria disposio

maior segurana

possvel co-disposio de rejeito do beneficiamento e estril da minaPASTAS MINERAISVANTAGENS

Modelo de Mishler A = D A . DA = D . DD + R R = A . DA - A . DD = A . (DA - DD) onde:A = fluxo de massa de slido da alimentaoD = fluxo de massa de slido do underflowDA = diluio da alimentaoDD = diluio do underflowR = fluxo de massa de gua no overflowO modelo de Mishler determina os fluxos no espessador considerando-o de forma simplificada:

O fluxo volumtrico de gua eliminada pelo espessador (OR) onde: = massa especfica do lquido

O fluxo de massa de slido na unidade de rea (G) dado por: onde:Vs = velocidade de sedimentao do slidoVf = velocidade da gua ascendenteS = rea da seo transversal

volume = massa/densidade

velocidade = vazo/rea

onde: RL = fluxo de massa de gua de overflow no nvel L .OL = volume de overflow no nvel L.CL = concentrao de slidos (massa de slido/volume de polpa) em L.CD = concentrao de slidos (massa de slido/volume de polpa) no underflow.

A = D A . DL = D . DD + RL RL = A . DL - A . DD = A . (DL - DD)COE E CLEVENGERDe forma semelhante deduo de Mishler realiza-se a deduo de Coe e Clevenger, porm com introduo do volume de controle V e o nvel de L.

Dimensionamento de espessadoresDimensionamentoMtodos TradicionaisCoe ClevengerTalmage-FitchOltmannNovosTestes em Proveta

Curva de Sedimentao

MTODO DE COE E CLEVENGER

MTODO DE TALMAGE FITCH

MTODO DE OLTMANN

ESPESSAMENTO

DADOS DE ESPESSAMENTO DE ALGUNS PRODUTOS DE MINRIOS DE FERRO DO BRASIL(antigos)

Avaliao do Tipo de ServioEspessamento

Avaliao do Torque

ESPESSAMENTO ESPESSADORES CONVENCIONAIS

ESPESSAMENTO

FLOCULANTES E COAGULANTES

FILTRAGEM

Conceito: passagem de uma polpa atravs de um meio poroso havendo reteno do slido e passagem do lquidoFiltragem com formao de tortaUtilizao de gravidade, presso, vcuo, centrifugaoVariveis: relacionadas ao slido, polpa e equipamento

partcula slida

meio filtrantepolpaFiltragem com Formao de Torta

torta

filtrado

FILTRAGEMTEORIA CLSSICAEquao de DarcyQ = K.P.A = P.A .L .R

Q = fluxo do filtradoA = rea transversalK = permeabilidadeDP = diferena de pressom = viscosidade do fluidoL espessura do leito (torta)R = L/K = resistncia ao fluxo

- fluxo em meio poroso- torta no compressvelregime laminar

FILTRAGEM

FILTRAGEM

FILTRAGEM

FILTRAGEM

FILTRAGEM

FILTRAGEM

K = permeabilidade da torta

FILTRAGEM

Dahlstron e Silverblatt desenvolveram uma metodologia para determinar taxa unitria de filtragem (tuf).

Ela baseia-se em resultados obtidos experimentalmente e aplicada a filtragem contnua a vcuo. Defina-se, nesse caso, a taxa unitria de filtragem (tuf) como sendo:

tuf = (2*Wf*F*P) / (**c)

onde:Wf = massa de slido seco por volume unitrio de filtradoc = tempo do cicloF = frao do ciclo totalP = diferena de presso aplicada = viscosidade do filtrado = resistncia especfica da torta

Um grfico tpico para polpas minerais de tuf em funo do tempo de formao uma reta com inclinao -0,5.FILTRAGEM

FILTRAGEM

FILTRAGEM

FILTRAGEM - MODELAGEMCLSSICA (EQUAO DE DARCY)

OBSERVAO DE MEIOS POROSOS (ESFERAS REAIS)

MICROSCOPIA (LMINAS/SEES POLIDAS)

MODELOS TERICOS (ESTIMAM PROPRIEDADES)

TOMOGRAFIA (IMAGENS 3D DE TORTAS REAIS)

SIMULAO DE TORTAS EM COMPUTADOR (2D/3D)

MODELOS MATEMTICO/ESTATSTICOS

FILTRAGEM

IMAGEM 3D TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA

MEIO POROSO (PARTCULAS MINERAIS)

MODELAGEMTORTA DE FILTRAGEM

SIMULAO 3DMTODO DE MONTE CARLOESFERAS (~20.000)ESTRUTURA MICROSCPICA

FILTRAGEM AVALIAO DE DESEMPENHO

Umidade de Torta

Pu = massa da torta midaPs = massa da torta seca

Taxa Unitria de Filtragem - tuf (produtividade)

% Slidos no Filtrado

Ms = massa de slidos presente no filtradoMf = massa do filtrado

APLICAES DOS FILTROS - GRANULOMETRIA

CLASSIFICAO DOS FILTROS CONTNUOS

FILTRAGEM A VCUO

Filtro de Tambortiposmeio filtrantealimentaodescargapermite lavagem tortafiltragem pellet feed (50-60)contnuovcuo

PRESSO VCUO

Presso positiva (sistemas de compresso)

Pab = Pat + Pg Pg = Pab - Pat

Presso negativa (sistemas de vcuo)

Pab = Pat V V = Pa t Pab

onde:Presso Absoluta: PabPresso atmosfrica: PatPresso Manomtrica: PgVcuo: V

FILTRAGEM A VCUOFiltro de Tambor - Correia

FILTRAGEM A VCUOFiltro de Tambor - Correia

FILTRO DE DISCOFILTRAGEM A VCUO

Filtro de Disco setor + tecidodiversos tipos tecidosdescarga com soprono permite lavagemfiltragem pellet feedcontnuovcuo

VLVULAFILTRAGEM A VCUO

Nvel da polpana baciaFILTRO DE DISCO ciclo de filtragem

(Adaptado de Tamfelt 2004)

FILTRAGEM A VCUOFILTRO DE DISCO

SETORES DE FILTRO

Setor em Ao25 kg30% a. abertaSetor em Ebonite22 kgSetor em PP7 kg60% a. aberta

(Adaptado de Tamfelt 2004)

Filtro Cermicosetores: material porosolimpeza dos setores < nvel de vcuocontnuovcuoFILTRAGEM A VCUO

CERAMEC

Filtrao Hiperbrica (Andritz)Filtro de Disco1 Vaso de Presso2 Entrada de Inspeo3 Disco de Filtragem4 Cabeote de controle5 Acionamento principal6 Cuba de polpa7 Segmentos 8 Vlvula de descarga

12345678

CICLO DE FILTRAGEM FILTROS CONTNUOS

1% de umidade = 10 kg de gua / t de minrioSoluoEnergia necessria para evaporar essa massa de gua = 698 Kcal/kg x 10 Kg = 7 x 103 kcal Energia fornecida pelo leo combustvel = 20 x 103 kcal / kg leoMassa de leo consumida = 0,35 kg / t minrioProduo de pelotas = 12.000.000 t/anoConsumo de leo adicional = 4.200 t/anoEstudo de Caso A filtragem de um pellet feed proveniente de minrio de ferro realizada em filtro de disco e anterior pelotizao. Qual deve ser o custo adicional para cada ponto percentual a mais na umidade de torta?CUSTO ADICIONAL = 4.200 t de leo /ano x R$ 350 / t = R$ 1.470.000,00

Filtro Horizontal (Mesa)FILTRAGEM A VCUO

Filtro Horizontal (Mesa)FILTRAGEM A VCUO

Filtro Horizontal (Correia)

possibilidade limpeza tecido granulometria + grosseirafiltragem de re-peneiradocontnuovcuo

FILTRAGEM A VCUO

Filtro Horizontal (Correia)FILTRAGEM A VCUO

Filtro de Pressoadequados a lamas< umidade de torta fcil descarga filtragem pellet feedsemi-contnuo

FILTRAGEM COM PRESSO

CICLO DE FILTRAGEM FILTRO LAROX

Filtro Pneumapress

FILTRAGEMMEIOS FILTRANTESCaractersticasmnima resistncia ao fluxopropiciar baixa concentrao de slidos no filtradono ter tendncia ao bloqueio progressivoboas caractersticas de descargapermitir limpeza (gua ou ar)boa resistncia mecnica, qumica e biolgicaTiposflexvelgranulado (filteraids)poroso

Flexvel (tecido) uma estrutura produzida pelo entrelaamento de um conjunto de fios de urdume (conjunto de fios dispostos na direo transversal ou vertical) e outro conjunto de fios de trama (conjunto de fios dispostos na direo longitudinal), formando ngulo de 90

Brim ou Tela (plain)Trama

UrdumeSarja (twill)Cetim (satin)

Monofilamento: fio nico

Multifilamento: vrios fios formando um nico filamento

Staples: Fibras naturais como l, algodo, linho ou juta com comprimento curto e so fiadas em conjunto (grande quantidade de pontas saindo do fio. Resulta um tecido felpudo. TIPO DE FIO

TAMFELT4.SETORES E SACOS DE FILTRO

4.1Sacos de Filtro - Tecidos

Tecido monofilamentoTecido multifilamentoBaixa capacidade de retenoAlta capacidade de retenoBaixa resistncia mecnicaAlta resistncia mecnicaAlta produtividadeProdutividade moderada

FILTRAGEM

MEIOS FILTRANTES FLEXVEIS

TAMFELT

4.1Sacos de Filtro Lavagens Peridicas4.SETORES E SACOS DE FILTRO

Tecido em usoTecido impregnadoTecido lavado

Tecido de poliamida com diferentes horas de operao(segundo Adarlan Moreira e Silva Dissertao Mestrado 2006)

100 h

200 h

400 h

600 hTecido de poliamida com diferentes horas de operao(segundo Adarlan Moreira e Silva Dissertao Mestrado 2006)

FILTRAGEM

Dados sobre consumo energtico em algumas usinas

FILTRAGEM

Influncia do ndice de Blaine (pellet feed) sobre a tuf

FILTRAGEM

Influncia da forma da partcula - hematita (~ lamelar), magnetita (~cbica)

FILTRAGEM

Teste de Folha com medida de massa de filtrado

FILTRAGEM DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL

SECAGEMA secagem um mtodo que pode ser utilizado na separao slido lquido. O projeto e o dimensionamento de equipamentos utiliza normalmente uma abordagem emprica. A seleo de equipamentos considera aspectos como:

custo do equipamento;lquido contido na alimentao;umidade requerida no produto;custo/tipo de energia disponvel;lay out;restries ambientais;temperatura adequada (material e equipamento);mo de obra necessria

SECAGEMA secagem pode ser realizada utilizando-se: a energia solar, as microondas, e a queima de combustveis (secadores).A secagem ao sol caracterstica de regies onde forte a presena do sol durante a maior parte do ano. usada principalmente nas regies de salmouras onde se encontram diversos tipos de sal. Como outro exemplo pode-se citar a secagem de concentrados de cobre no Deserto de Atacama (Chile).A utilizao de microondas na secagem de produtos minerais tem sido investigada principalmente em laboratrio. A retirada da gua se d, neste caso, pela vibrao e aquecimento das molculas de gua causada pela interao com as microondas. O consumo energtico parece ser o principal problema relacionado a uma possvel aplicao industrial.

SECAGEMOs secadores so os equipamentos utilizados na indstria para a secagem dos diversos tipos de materiais. Estes equipamentos podem ser classificados em: diretos: o calor de evaporao fornecido por fluxo de gases aquecidos que removem os vapores produzidos nas cmaras; indiretos: transferncia de calor por conduo e/ou radiao atravs de paredes metlicas.

O secador rotativo o mais utilizado dentro da Tecnologia Mineral

cilindro rotativo com inclinao aproximada de 8%; dimetro do cilindro representando cerca de 8% do comprimento do cilindro; transporte de gases e material slido; revestimento interno do cilindro (material refratrio) provoca o alamento do material; gases na mesma direo ou em contracorrente em relao ao slido; bom controle de temperatura; custos de investimento e de operao baixos.

CENTRIGUGAOA utilizao de centrfugas se d quando se deseja tortas com baixa umidade. So utilizadas em materiais como: areias, potssio e carvo. s vezes so combinadas com secagem posterior. A capacidade normalmente elevada, considerando-se o espao ocupado, e depende principalmente: da granulometria e porcentagem de slidos da alimentao, forma das partculas e qualidade requerida do produto. Os custos de capital e de operao so, no entanto, relativamente altos. A operao destes equipamentos pode ser contnua, semi-contnua ou descontnua.

A maior parte do consumo energtico de uma centrfuga origina-se na acelerao do equipamento. A energia necessria para acelerar uma centrfuga (E) pode ser estimada:

E = 1,341 . 10-3 . m . r2 (2 . . N / 60)2 . (1/t) ou:E = 1,47 . 10-5 . m . ( N)2 / t onde:m = massa total da centrfuga + carga (kg)r = raio de giro (m)N = rotao (rpm)t = tempo de acelerao (s)

CENTRIFUGAOOs dois tipos mais comuns de centrfugas so as centrfugas de sedimentao e as centrfugas de filtragem.

As centrfugas de sedimentao se caracterizam por:

alimentao com 1 a 3% slidos; tambor gira em alta rotao; slido se encaminha para a periferia do tambor; raspadores retiram o slido; eixo do tambor horizontal, vertical ou inclinado; operao contnua ou semi-contnua.

As centrfugas de filtragem se caracterizam por: cesta de tela metlica ou placa perfurada; tecido fino que reveste a tela ou placa; slido retido no tecido e lquido passa atravs deste; descarga contnua ou descontnua.

Tcnicas de desaguamento de pellet feed (Araujo e Amarante)

Espessadores Sem Adio de FloculanteBaixa Velocidade de SedimentaoGrande reaEspessadores Com adio de FloculanteMaior Velocidade de SedimentaoMenor reaUF > DensidadeEspessadores com Sistemas para Adio de FloculanteMelhor Eficincia na FloculaoGrande Velocidade de Sedimentao (Hi-Rate Thickeners)Menor reaEspessadores com Novos Sistemas para Adio de FloculanteMaior Eficincia na FloculaoMuito Grande Velocidade de Sedimentao (Ultra Hi-Rate)Maior Valor para Altura / Dimetro UF Mximo Bombevel (Pasta)Mudanas na Configurao dos Espessadores(adaptado de Dorr-Oliver EIMCO)

Tipos de Ps4. Aspectos Gerais do Processo de Espessamento

Ponto de CompressoAltura de InterfaceTempo

Hutu

Hutu

Ponto de CompressoAltura de InterfaceTempo

Hutu

Codificao para o tipo de servio (Valado, 2009)Tipo de Servio

a

Grande 100 m3/h

b

Mdia 10 m3/h

Escala

c

Pequena 1 m3/h

d

Descontnua

Operao

e

Contnua

f

Clarificao

Objetivo

g

Sem Tratamento

h

Recuperao de Slidos

Com Lavagem

i

Secagem in situ

Codificao para as caractersticas de sedimentao da polpa (Valado, 2009)Caractersticas de Sedimentao

Modificao por pr-tratamento

Velocidade

% Sedimentado

Baixa

< 0,1 cm/s

Mdia

0,1-5 cm/s

Alta

> 5 cm/s

Alta

> 20%

Mdia

2-20%

Baixa

< 2%

H

G

F

C

B

A

Claridade

Boa

Pobre

E

D

Codificao das caractersticas de filtragem da polpa (Valado, 2009)Velocidade de Formao de Torta

Modificao por pr-tratamento

L

K

J

I

Alta

cm/s

Mdia

cm/min

Baixa

cm/h

Torta

Desprezvel

Tipo de EquipamentoTipo de ServioCaractersticas de SedimentaoCaractersticas de Filtragem

separao por gravidadea,b ou c

d ou e

f, g ou hB ou C

E

F ou G

Flotaoa ou b

e

f ou gA

D ou E

F

centrfugas de sedimentao

a, b ou c

d ou e

f, g, h ou iA, B ou C

D ou E

F, G ou H

Hidrociclonesa ou b

e

f, g ou hB ou C

D ou E

F, G ou H

filtros de leitos profundosa ou b

e

fA

D

FI

filtros de cartuchob ou c

d

fA ou B

D ou E

F

filtros descontnuos

- vaso de presso com elementos

verticais

- vaso de presso com elementos

horizontais

- filtros de presso

- filtros de volume varivel

a, b, ou c

d

f, g, h ou i

b ou c

d

g ou h

a, b ou c

d

f, g, h ou i

a, b ou c

d ou e

g (ou h)A ou B

D ou E

F ou G

A ou B

D ou E

F ou G

A (ou B)

D ou E

F, G ou H

A (ou B)

D ou E

G ou HI ou J

J ou K

I ou J

J ou K

filtros contnuos a vcuo

- tambor com alimentao p/ baixo

ou tambor com correia

- tambor com alimentao p/ cima

- disco

- horizontais (correia, mesa ou

taboleiro)a, b ou c

e

f, g, h ou i

a, b, ou c

e

g, i (ou h)

a, b ou c

e

g

a, b ou c

d ou e

g ou hA ou B

D ou E

F, G ou H

C

E

G ou H

A ou B

D ou E

G ou H

A, B ou C

D ou E

F, G ou HI, J ou K

L

J ou K

J, K ou L

centrfugas de filtragema, b ou c

d ou e

g ou hA, B ou C

D ou E

G ou HJ, K ou L

1) Encontre o(s) equipamento(s) adequado(s) separao slido/lquido considerando-se: alimentao: 400 m3/h

% slidos em massa da alimentao: 60%

operao: contnua

objetivo principal: recuperao de slidos sem tratamento objetivo secundrio: slidos com baixa umidade (torta)

velocidade de sedimentao: 0,05 cm/s

claridade do sobrenadante: boa

camada de sedimentado: > 20% em volume

velocidade de formao de torta: cm/min

Um floculante deve ser adicionado a uma polpa de minrio que alimenta um espessador industrial. Sabendo-se que:

- massa de polpa da alimentao: 600 t/h

- massa especfica de slido: 3,5 g/cm3

- massa especfica do lquido: 1 g/cm3

- massa especfica da polpa: 1,17 g/cm3

- custo do floculante: US$ 1.00 / kg

Calcule:

% slidos em massa da polpa;

% slidos em volume da polpa;

a diluio da polpa;

a concentrao massa/volume (kg/m3)

o volume a ser adicionado de floculante (L/h) considerando-se uma dosagem de 60 g/t de slido e que este reagente preparado em uma concentrao de 1% (10 kg de floculante / 1000 L de soluo);

o custo anual de floculante considerando-se 7500 horas trabalhadas / ano.

onde:

G = fluxo de massa de slido / rea (kg/s/m2)

Vs = velocidade de sedimentao dos slidos em cada teste de concentrao CL (m/s)

CL = Concentrao de slidos no nvel L (kg/m3)

CD = Concentrao de slidos no underflow do espessador (kg/m3)

As etapas envolvidas so:

a) considerar uma concentrao de slidos para a alimentao e para o underflow do espessador;

b) realizar testes de sedimentao em concentraes de CL com valores entre a concentrao da alimentao e do underflow;

c) calcular a velocidade de sedimentao (m/s) em cada teste;

d) fazer o grfico de G (kg/s/m2) em funo de CL (kg/m3);

e) determinar o valor de Gcrtico (kg/s/m2);

f) calcular a rea unitria do espessador AUo a partir do valor de Gcrtico (m2/kg/s);

g) calcular a rea total do espessador considerando a alimentao de slido seco. Usar fator de escala (scale up) de 1,20;

h) calcular o dimetro do espessador.

_1108800490.unknown

As etapas envolvidas so descritas a seguir:

a) considerar uma concentrao para o underflow do espessador (CU);

b) traar a curva de sedimentao;

c) determinar o ponto de compresso;

d) traar uma tangente passando pelo ponto de compresso;

e) determinar HU a partir da equao:

(6.3.17)

onde:

CO = concentrao inicial de slidos (kg/m3)

HO = altura da polpa no incio do teste (m)

HU = altura da interface para a concentrao CU (m)

f) traar uma horizontal a partir de HU;

g) se HU se encontra acima do ponto de compresso fazer leitura de TU a partir da interseo da horizontal HU com a curva de sedimentao;

h) se HU se encontra abaixo do ponto de compresso fazer leitura de TU a partir da interseo da horizontal HU com tangente traada;

i) utilizar a equao para o clculo de G:

(6.3.18)

onde:

TU = tempo necessrio para se atingir a concentrao de underflow (CU)

j) calcular AUO;

k) calcular a rea total do espessador considerando a alimentao de slido seco;

calcular o dimetro do espessador._1108800530.unknown

_1108800547.unknown

Utiliza, como o mtodo de Talmage-Fitch, somente uma curva de sedimentao para a determinao da rea necessria ao espessador. As etapas envolvidas so descritas a seguir:

a) considerar uma concentrao para o underflow do espessador (CU);

b) traar a curva de sedimentao;

c) determinar o ponto de compresso;

d) traar uma reta passando pelos pontos HO e compresso;

e) determinar HU a partir da equao:

(6.3.19)

onde:

CO = concentrao inicial de slidos (kg/m3)

HO = altura da polpa no incio do teste (m)

HU = altura da interface para a concentrao CU (m)

f) traar uma horizontal a partir de HU;

g) fazer a leitura de TU a partir da interseo da horizontal HU com a reta traada;

h) utilizar a equao para o clculo de G:

(6.3.20)

onde:

TU = tempo necessrio para se atingir a concentrao de underflow (CU)

i) calcular AUO;

j) calcular a rea total do espessador considerando a alimentao de slido seco. Usar fator de escala (scale up) 1,20;

k) calcular o dimetro do espessador.

_1108800568.unknown

_1108800582.unknown

Tipo de Servio

LevePadroPesado

rea unitria (ft2/t/d)15 1503- 15 3

Underflow (% slidos massa)12 3535 - 60 60

% < 200 # 8065 - 85 65

Densidade do slido (g/cm3)2 2,52,5 - 3 3

Torque Caracterstico Polpas Minerais (ft . lb)

Tipo de Servio

Dimetro (ft)LevePadroPesado

10 - 164.0004.0008.000

18 - 244.0008.00018.000

24 - 328.00018.00018.000

34 - 408.00018.00024.000

45 - 5518.00024.00060.000

60 - 8524.00075.000150.000

90 - 10075.000150.000350.000

105 - 135150.000350.000600.000

140 - 170350.000600.0001.200.000

175 - 200600.0001.200.0002.000.000

Observa-se experimentalmente que para lquidos puros existe uma variao linear entre o volume acumulado e o tempo.

O valor da resistncia R , na verdade, a soma de duas contribuies: aquela representada pela torta e aquela pelo meio, ou seja:

R = Rt + Rm

(6.3.22)

onde:

Rt = resistncia da torta

Rm = resistncia do meio filtrante

Normalmente considerava-se Rt >> Rm mas, na abordagem mais moderna da filtragem, acredita-se que a interface torta/meio filtrante tem papel importante no controle da velocidade de filtragem. Considerando-se Rt como a parcela mais importante, pode-se escrever :

Rt = ( .W

(6.3.23)

onde:

( = resistncia especfica da torta

W = massa formada por unidade de rea

(6.3.24)

Para tortas compressveis, onde h uma movimentao de slidos em direo ao meio filtrante, pode-se considerar a resistncia especfica com um valor mdio ou fazer uma correo na equao de Darcy, conforme mostrado abaixo:

(6.3.25)

onde:

q = velocidade superficial do lquido

r = velocidade superficial do slido

e = porosidade (frao de vazios)

Secagem in situ

Por outro lado, considerando-se tortas incompressveis, a massa de torta formada por unidade de rea funo do tempo para filtragem em batelada e est relacionada ao volume acumulado de filtrado (V) relativo ao tempo t , ou seja:

(3.6.26)

ou:

(6.3.27)

onde:

Kd = constante que depende das caractersticas do leito e do fluido

Mas sabe-se que:

W.A = c.V

(6.3.28)

onde:

c = concentrao de slidos expressa em massa de slido/unidade de volume

Considerando-se que a torta no compressvel tem-se:

(6.3.29)

Fazendo-se:

(.(.c = Ko

(6.3.30)

( Rm = K1

(6.3.31)

tem-se:

(6.3.32)

Sendo (P constante e integrando-se de 0 a V chega-se a:

(6.3.33)

Sendo:

Ko = Ko / 2A2.(P )

(6.3.34)

K1 = ( K1 / A.(P )

(6.3.35)

Tem-se que:

(6.3.36)

Um grfico de t/V em funo de V seria uma reta com inclinao Ko e intercepto K1, possibilitando a determinao de ( e K. O problema surge porque ( e Rm variam com (P.

Secagem in situ

Koseny estabeleceu, considerando regime laminar e torta incompressvel, uma equao relacionando a resistncia especfica da torta, a permeabilidade da torta, a porosidade e a rea superficial especfica da seguinte forma:

(6.3.37)

onde :

( = porosidade da torta

Kc = constante de Koseny que depende da granulometria, forma e porosidade

SE = rea superficial especfica na unidade de volume

(s = massa especfica do slido

A equao de Koseny, tambm conhecida com equao de Carman, Blake ou Fair Hatch, apresenta boa previso de comportamento (constantes ajustveis) para tortas incompressveis, em regime laminar, no podendo ser utilizada para tortas compressveis. Mesmo tendo limitaes ela indica algumas inter-relaes entre parmetros na filtragem.

Secagem in situ

I. o fluxo de filtrado diminui com o aumento da rea superficial especfica, ou seja, tortas originadas de material com granulometria mais fina apresentam maior dificuldade para o desaguamento;

II. a diferena de presso existente atravs do leito est numa relao direta com o fluxo de filtrado;

III. a viscosidade do lquido est numa relao inversa com o fluxo. Dessa forma, o aumento de temperatura, at certo limite, favorece o aumento do fluxo de lquido;

IV. o fluxo de filtrado pode ser favorecido com o aumento da porosidade que , por sua vez, dependente da forma, distribuio granulomtrica e estado de disperso/agregao dos slidos na polpa.

Deve-se observar, finalmente, que na considerao feita para o fluxo h a suposio de que o fluxo atravessaria a torta atravs de tubos capilares de forma direta o que, na realidade, no acontece j que esse caminho tortuoso. Correes podem ser aplicadas levando-se em conta a tortuosidade.

Uma questo relacionada a essa equao que a resistncia do meio considerada desprezvel. Na verdade isto pode no acontecer, levando-se em conta que h um cegamento progressivo do meio com o tempo. Outro aspecto que a tuf uma funo do meio filtrante.

Se (P variar ou se for necessria uma avaliao de a em outro nvel de (P, uma correo de a pode ser obtida atravs de:

( = (o.(P.s

(6.3.39)

onde:

(o = resistncia especfica da torta para uma presso unitria

s = fator de compressibilidade

Outro fator bastante utilizado nessa metodologia o chamado fator de correlao fc:

(6.3.40)

onde:

cfm/ft2 = velocidade superficial do ar atravs da torta, medida aps a passagem pela mesma

Pt = queda de presso atravs da torta

Wr = massa de torta seca / unidade de rea x revoluo

(d = tempo de secagem considerado para o ciclo de filtragem

( = viscosidade do fluido

Este fator pode ser simplificado considerando-se somente (d/Wr. Construindo-se uma curva de umidade em funo de fc pode-se avaliar a produo do filtro, para uma umidade estabelecida, baseada no tempo de secagem.

Secagem in situ