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CON'I'ROLE DE UMIDADE NA filtrage セ Q@ DE PELLET-FEED
Osmar Gomes Sampaio
R E S U M O
Foram realizados testes de filtragem na planta e em laboratório -
para determinar a influência de diversas variáveis de processo na
umidade do "filter cake" de minério de ferro. Com base nos testes,
um programa de otimização operacional foi aplicado, com bons re
sultados na redução da umidade.
Engenheiro de Processo na Usina de Pelotização da Samarco Mineração
S/A.
549
Moisture control in pellet-feed filtratioP.
ABSTRACT
Filtration tests were carried out at plant and laboratory
scale to determine the influence of various variables of the ーイセ@
cess on the moisture of iron ore filter cake. An optimization ッーセ@
rational program was applied and good results were obtained in
the reduction of moisture in filter cakes.
550
I - INTRODUÇlíO:
A Samarco Mineração S/A. foi projetada para a produção anual de 5 milhões
de toneladas de pelotas de minério de ferro e 2 milhões de "pellet-feed". pセ@r a a tender esta meta, a empresa dispõe de 16 filtros rota ti vos a vãcuo, de
diâmetro 8'10", 12 discos com 10 setores, com 110m2 de ãrea filtrante por filtro. A lavra e concentração, situa-se no município de セQ。イゥ。ョ。Mmg@ de onde o concentrado e transportado atê Ponta Ubu em Anchieta-ES, através de um ュセ@neroduto de 396 Km de extensão, onde a polpa com 62% de sólidos ê espessada
e filtrada. o "filter-cake" produzido alimenta a usina de pelotização e/ou ê transferi do para o pãtio de estocagem como "pe 11 et-feed" para exportação,
conforme mostra o fluxograma de produção da figura n9 1.
A etapa de concentração, por flotação catiônica da sílica, e a moagem secun
dãria conferem ao projeto uma versatilidade, do ponto de vista qu1mico e granulometrico, que permite a empresa diversificar seus produtos -pelotas e
"pellet-feed" - de modo a satisfazer os diferentes consumidores, cada vez mais exigentes, particularmente na época da recessão do mercado que 。エイ。カ・セ@samos. Essa diversificação leva, contudo, a se operar a filtragem com polpas de diferentes caracter1sticas, fato este acentuado pelo regime intermitente de polpa no mineroduto e a utilização de material da bacia de polpa
(slurry pond), constituído de minério mais fino, oriundo do retorno do põ da pelotização ,"overflow" dos espessadores e filtrado.
Hã quase dois anos, apôs vãrias experiências, adotamos um saco de fabricação nacional, feito com fibra de nylon, multifilamento, com permeabilidade
de 110/120 CH1 a 1/2" de coluna d'ãgua. Como este saco atende a capacidade de produção de "filter-cake" da Samarco, os estudos se voltaram para 、ゥュゥョセ@ir a umidade dos filtros, com o objetivo de restringir o uso de bentonita no pelotamento ao m1nimo possível, evitando usã-la em demasia para absorver o excesso de umidade do "filter-cake".
II - EXPERirNCIAS FEITAS VISP.NDO O CONTROLE DE UmDADE E PRODUÇ)i.Q DOS FILTROS:
Os resultados obtidos nas experiências descritas a seguir, sõ são vãlidas
na integra se considerados o tipo de minério e o tecido filtrante utilizado normalmente na Samarco. Abaixo, tem-se o esquema do equipamento utilizado nos testes de laboratório:
551
2
5
3
1. Vãlvula de esfera 4. Leaf Test (ãrea filtrante = 0,00929 m2)
2. Vacuômetro 5. Bomba de vãculo 3. Tecido Filtrante 6. Coletor de filtrado.
1. Características da Polpa e Velocidade do Filtro:
1.1 -Perda ao Fogo:
Na jazida da Samarco são encontrados normalmente um tipo de minério 、セ@nominado normal (hematita associada ao quartzo) e um outro que e denominado minério hidratado (Goehtita associada ao quartzo). Para estes tipos de minério, no grãfico da figura nQ 2, tem-se a variação de umi
dade ocasionada pela variação da P.F. do concentrado. Como exemplo de leitura deste grãfico, citamos que o aumento da PF de 0,4% para 1,8% e capaz de aumentar 0,9% na umidade.
A maior presença de minério nidratado significa uma maior PF no 」ッョ」・セ@
trado, o que continui para aumentar a umidade do "filter-cake". Os minérios hidratados não permitem uma retirada da ãgua livre tão bem como
acontece com o minério normal.
Pela sua variação direta com a umidade dos filtros, o aumento da PF no concentrado constitue um fator negativo do ponto de vista do controle de umidade
1.2- Superfície Especifica:
Especificamente no caso da Samarco, em que a lavra e o beneficiamento/ do minério ficam situados a 400 Km da usina de pelotização, ãs vezes torna-se necessãrio operar a filtragem com polpa recuperada da bacia (slurry pond), cuja superfície varia de 2000 a 3000 cm2jg. Como a pro
porção de mistura das polpas do mineroduto e da bacia nem sempre permj.
te um melhor controle de superfície da polpa a ser filtrada, ョ・」・ウウ ̄イセ@o se faz o conhecimento da sua influência dentro de uma faixa bem ampla de operação.
552
A ゥョ ヲ ャオ セ ョ」ゥ。@ da S.E . セュッウエイ。、。@ nos grificos das figuras nQs 2 e 3. O
seu aumento de 1500 cm2/g para 2200 cm2jg, por exemplo, de acordo com
a figura 2 aumenta a umidade em 1,0 e de acordo com a figura nQ 3 di
minui em cerca de 60% a produção. A SE da polpa a ser filtrada varia diretamente com a umidade e inversamente com a produção.
1.3- Densidade da Polpa e Velocidade do Filtro:
Constituem duas variiveis controliveis e que podem ser utilizadas para o controle de umidade e produção dos filtros. A densidade da po lpa varia diretamente com a produção e umidade dos filtros. Por exemplo, o aumento de densidade de 2,00 para 2,30, de acordo com a figura 2 aumenta a umidade em 0,6, e de acordo com a ヲゥァセ@ra 3 aumenta a produção em aproximadamente 70%. A velocidade do filtro, apesar de possuir o mesmo sentido da influên
cia da densidade, ê muito mais influente na produção do que na umidade. Em relação ao aumento ou diminuição de densidade, a umidade da polpa
retida dependerã da velocidade utilizada nos filtros.
Os grãficos das figuras nQs 2 e 3, foram aplicados com relativo suces so na previsão da umidade e produção dos filtros industriais, e podem ser usados dentro daqueles extremos da seguinte maneira:
A umidade e produção encontradas para uma polpa de SE = 1500 cm2jg, I PF = 0,47 , D = 2,00 g/cm3 e o filtro operando na velocidade de 200 s/ rot são iguais a 8,8% e 515 Kgjm2/h, respectivamente. Se se quer saJ
ber qual a umidade e produção previstas para uma polpa de SE = 1800 ,
PF = l ,0, D = 2,25, com o filtro operando em 120 s/rot, tem-se, utill zando os grificos das figuras 2 e 3:
1800 aumenta 0,4 na umidade l ,o aumenta 0,3 na umidade (SE) 1500 diminui 20% na produção (PF) 0,4 não altera produção(*)
2,25 aumenta 0,4 na umidade 120 aumenta 0,2 na umidade (D) 2,00 aumenta 50% na produção (V) 200 aumenta 25% na produção.
logo, a umidade previ s ta serã 8,8% mais 1,3% que ê igual a 10,1 %; e a produção serã 515 Kg/m2Jh mais 285 Kgjm2fh que ê igual a 800 Kgjm2j
hora. (*) - A PF não afeta a produção .
2. Areas de Formação e Secagem do Cabeçote:
Devido a sua grande influência na umidade e produção dos filtros, as areas de formação e secagem devem ser otimizadas em função, principalmente, do tipo de tecido filtrante usado e das características da polpa a
55.3
ser filtrada .
Os vãrios testes efetuados industrialmente e em escala de laboratório e a observação do comportamento dos cabeçotes usados permitiram-nos chegar a algumas conclusões:
a) Para a Samarco, existe uma boa relação entre o binômio produção/qualidade para 19 cm de perímetro externo na ãrea de formação;
b) Sendo sua influência restrita ã secagem da torta filtrada, a ãrea de I secagem deve ser aproveitada ao mãximo permitido pelas dimensões do 」セ@beçote.
c) Foram adotadas as seguintes ãreas para o cabeçote padrão, conforme indicado na figura 12. Formação- 1g cm de perímetro externo (15,0% ãrea total); Secagem - 44 cm de perímetro externo (35,0% ãrea total).
Nos grâficos das figuras 4 e 5 são mostrados a influência das ãreas de um cabeçote na umidade e produção dos filtros, obtidas em escala de laboratõ rio.
3. Pressão de Vãcuo:
Como o aumento simultâneo e igual da pressão dos vãcuos de formação e secagem favorece o aumentr da taxa de produç·ão e diminui a umidade, se a filtração for feita com mesma pressão nas zonas de formação e secagem H」セ@
soda Samarco) ê desejável, desde que a torta não seja muito compressível, a utilização da máxima pressão possível. Vide gráficos da figura nQ 6.
Por outro lado, como pode ser visto no gráfico da figura nQ ?,mantendo-se constante a pressão do vácuo de secagem, a variação da pressão do vãcuo I de formação está diretamente ligada ã taxa de produção e umidade; logo, não ê recomendável a utilização de baixíssimas pressões na zona de formação, especialmente por dois motivos:
a) Para grandes diferenças de pressão entre as zonas de formação e secagem, geralmente a expessura da torta formada não aguenta a maior pressão do vãcuo de secagem, ocasionando rachaduras da torta, aumentando a umidade.
b) Geralmente a recuperação da perda de produção ê tentada através do aumento da área de formação do cabeçote. Em geral, o aumento necessário da ãrea de formação para atingir uma certa produção com uma menor ーイ・セ@são de vãcuo na formação, significa uma umidade maior do que aquela I mesma produção conseguida com uma menor área de formação, porem mãxima pressão de vãcuo na zona de formação . Vide tabela nQ 1 abai xo:
554
Tabela nÇ I --
Caracteristicas da SE=l904; PF=0,85 SE=l773; PF=l ,06
Polpa Utilizada 0=2,00; -325M=94,2 0=2 ,24; -3291=89,4
i'lrea 15 % 15 % Formação
Pressão (in.Hg) 22 15 22 15
Obtida (g) 210 143 345 234 Produção
Aumento Relativo - - 47% - - 48%
Obtida (g) 9,8 9,1 9,6 8,9 Umidade
Aumento Re 1 ati vo - - o, 7% - - 0,7%
Em termos prãticos diriamos que uma modificação objetivando-se a diminuição de umidade dos filtros, sem prejuizo de produção, não ê viãvel através de uma diminuição da pressão do vãcuo que atua na zona de formação. O ideal mesmo ê a utilização de apenas um nivel de vãcuo para a formação e secagem, controlando a relação produção/qualidade alterando as ãreas do cabeçote.
Verificouse também que, independentemente das caracteristicas da polpa testada, uma mesma redução na pressão do vãcuo de formação, significou a mesma redução na taxa de produção e umidade, conforme indicado na ta bela nQ 2 abaixo: Tabela nQ 2
Zona Secagem i'\rea = 35,0% Pressão = 22 in.Hg
15,0% 33,3% 15,0% 20,6% i'lrea Formação t = 27 s t = 60 s t = 27 s t = 37 s
Pressão Vãcuo 22 12 22 17 Formação (in.Hg)
Media Peso Seco(g) 346 329 280 285
Umidade Média (%) 9,6 9,8 9,2 9,3
Caracteristicas da SE= 1773; PF=l ,06 SE=l791; PF=l ,27 Polpa D= 2,24; -325H=89 ,4 O= 2, 10;-325M=86,8
Atravês de testes de laboratõrio encontrou-se as seguintes relações en tre as ãreas do cabeçote e a pressão de vãcuo:
a) Quanto maior a pressão do vãcuo que atua na zona de formação, maior ê a influência da ãrea de formação na taxa de produção e umidade. I (Vide grãficos das figuras n9s 8 e 9);
b) No que diz respeito ã taxa de produção e umidade a influência da va
555
riação da pressão de vãcuo que atua na zona de formação tem o mesmo
sentido da variação da ãrea de formação. c) No que diz respeito ã umidade, a variação da pressão de vãcuo que セ@
tua na zona de secagem tem o mesmo sentido da variação da ãrea de secagem.
4. Velocidade de Agitação da Polpa:
Testes efetuados em um filtro indicaram que o aumente da velocidade de agitação da polpa nos filtros aumenta a umidade e diminui a produção. Nos testes efetuados a redução da velocidade de 90 rpm para 30 rpm diminuiu a umidade de 9,9% para 9,5% e a produção aumentou de 635 para 716 Kg/m2/h -Hセ@ 12%). Vide grãficos da figura nQ 10.
Como uma possivel explicação do aumento da umidade e diminuição da produção para maiores velocidades de agitação, citamos o fato das particulas / mais grossas da polpa serem mais susceptiveis a este aumento de velocidade, podendo afastarem, implicando na formação de uma camada inicial composta, セ。@ sua maioria, de partículas menores. Esta camada inicial 。オュ・ョエセ@rã a resistência ao fluxo do filtrado, consequentemente diminuindo a formação e obstruindo a remoção da ãgua das camadas situadas mais distantes, quando do periodo de secagem. Na figura nQ 11 tem-se uma idêia da 、ゥウエイセ@buição das partículas de minério no interior do filtro, para maiores velo cidades de agitação da polpa.
Na Samarco, a atual velocidade de agitação da polpa nos filtros ê 70 rpm. Em consequência dos resultados acima, a velocidade serã mudada para 40 rpm. Alêm dos beneficias citados, a diminuição da velocidade do eixo do セ@gitador implicarã numa economia de energia eletrica nestes motores, sendo por si só, um motivo auto-compensador.
5. Auxiliares de Filtração:
5.1 -Coagulantes: Testes de laboratório com adição de cal hidratada ã polpa a ser ヲゥャエイセ@da, indicam que o hidróxido de cãlcio aglomera os colóides da polpa 。セ@mentando a eficiência da filtração, atê um certo ponto. Em 」ッョウ・アオ↑セ@
cia da adição de cal hidratada, houve um aumento de umidade do "filtei_ -cake", que pode ter as seguintes explicações: a) A superficie da cal (= 12000 cm2/g} obstruiu parte da porosidade da
massa da torta, dificultando a passagem da ãgua na secagem; b) A polaridade da molécula do hidróxido de cãlcio pode ter retido a
qua hidratada, como ilustrado abaixo:
55()
Nos grãficos da figura nQ 13 são mostradas a. influência da cal hidra tada na produção e umidade.
5.2 - Desidratantes: São materiais que se acomodam para formar leitos de alta frequência de vazios, sendo capazes de aumentar a porosidade da torta se foram 。、ゥ・ゥセ@nados antes da filtração. Os desidratantes são extensamente usados I quando a torta e relativamente impermeãvel ao flu xo do filtrado: Eles criam uma interface entre as moléculas da ãgua e do minério, facilitando a desidratação. Tortas incorporadas com o auxiliar de filtração são visualmente muito compressíveis e, então, deve-se tomar o cuidado para que o efeito benéfico do auxiliar (desidratante) não seja destruído quando se efetua a filtração a pressões bastante elevadas . Foram testados em laboratório os desidratantes (Aerodri 100 e 200), fabricados pela CYANAMID do Brasil. Os desidratantes testados são 。ャエ。ュ・セ@te benéficos na diminuição da umidade da torta filtrada, conforme mostram os grâficos da figura nQ 14. As desvantagens destes desidratantes podem ser resumidas em preço e formação de espumas, motivos que nos levou a não utilizã-los industrialmente.
III - COMENTARIOS FINAIS:
Os estudos e testes desenvolvidos possibilitaram maior conhecimento do efeito das diversas variãveis que afetam a filtragem. Em consequência, a operação da filtragem se faz com mais controle, acarretando uma umidade mais adequada ao pelotamento, sem afetar a meta de produção .
557
FIG. 2- INFLUENCIA
POLPA E
0,90
o.eo ---------.. o
セ@
セ@0,70
0,60
"' o .. o
セ@0,50
"' o 0,40
o
" Mセ@
0,30
0,20
I !100 1600 1700 1900
0,4 0,6 o .a 1.0
2,00 RNPセ@ 2,1 o 2,15
200 180 160 140
FIG. 3- INFLUÊNCIA
POLPA
I 00
セ@90
.. 90 o
セ@
ª 70 <.> .. o 60
ᄋセ@o [ 50
l'l 40
o
" ,g !O
"' <.> .. 20
lO
1400 1600
1,90 2,00
220 180
MFC
DAS CARACTERrSTICAS DA DA VELOCIDADE DD FILTRO.
SE (cm 2tç)
PF (o/o)
o (g/cm3 )
v Is/r ot.)
1900 2000 21 o
1,2 1.4 1,6
2,20 2,2!5 2,30
120 IDO 80
DAS CARACTERÍSTICAS DA
DA VELOCIDADE
O (g/cm2)
SE lcm>tg)
V (s/rot)
DO FILTRO.
/
' /
'
' ' ' ' '
' '
ANEXO 2
2200 S. Específico{SE)
1,8 Perda ao { PF) Fogo 2,3!5 Densidade (DJ
60 veroc•dode (V)
reco ::2D:.:O::D:__ __ .::.2::,20:_0:_ __ ⦅ZRセTcoo@ s. Específico {SE)
2,10 2,20 2.30 2,40 Densidade (O)
14!> roo 60 20 veroe•dode ( vJ
559
ANEXO 3
I A•REA SECAGEM= 35,0 "'o FIG· 4 • INFLUÊNCIA OA ÁREA DE FORMACÃD. c ter. V "UO • 22 in. Hg
1 カセ@ i...OCIOAOE : f80 11rot .
tOO . PRODU CÃO ,.. ...
I X uutn4n .. ' N
セイ@...
セ@,!i
I 700
.. " ... c " i "
, ; . ;
;
100.,.. ..... • •• IS 17 " li 11 •• 21 Perim•tro Externo do
,;,ta 'ortn .. õo Co'"l
11,1 1!,2 115,0 11,7 1.1,! .... 20,1 Áreo •• Formaolo ,.,.,
ÁREA FORMACÃO • 15, O "lo
FIG. s • INFLUÊNCIA DA AREA oE FORMACÃo DE I vÁcuo • 22 in. Hg SECAGEM VELOCIDADE • 180 1/rot .
...
..... T 1,4 t_
!j c
"
T ••• 40 44 41 52 81 Pu(metro r.ter"e Hッセョj@
11,7 ss.o .•. , 4 4, 4 Áno Seoorem f•A.J
CARACTIRIITICAt DA POLPA UTILIZADA , .. TIITII OAI FI8URAI • I I D• 210, I!'• 1775, Pf• O,IJ, -128. • e1,4•4
NOTA: O Per(metro externo total do cobecote da samorco é igual a 1211 cm
M,C
560
óooli " J
210
110
110
ISO
ISO
!!
i 110
lO セ@
10
50
セ@
o •:I c
セ@
ANEXO 4
FIG . 6 - INFLUENCIA PRESSÃO VACUO FORMAÇÃO E SECAGEM
220' , 200
110
110
140
120
100
lO
.... .... ....
(VÁCUO INTERLIGADO)
I ÁREA DE ÁAU DE
YfLOCID.AD[
formaセᅢo@ • 115, O •1• SECAGEM • 315,0 •t.
180 1/not, 」セ@
.... .....
.... ....
.... ... ............. セカ]@
', ... .... ....
x Umidade ------
12 14 .. ..
35,5 ,.. 8,4 ln X
= O, 972
.... , -- ---20
Pressão vácuo Formação • secagem
FIO. 7 - INFLUENCIA PRESSÃO VÁCUO FORMAçÃO
(VÁCUO INDEPENDENTE l
in . Hg
ÁREA Of FORMAÇÃo • 1!5,0 •t.
•• .. 14
.. 12
11
lO -x
22
(in . Hg)
Ct!_a I
PRfSSÃo VÁCUO IECAefN • 22
ÁREA DE SfCAIEN • SS, O •t.
VELOCIDADE • 110 tlnot.
--lO li
• Produção
x Umidade
- -x-- - -- - -*"" - - - - -- - - -
14 11 11 20 22
セ@.. o ;'! i "
12
11
lO
0,0
Pressão Vácuo Formação lio. Hg)
CARACTERIÍTICAS DA POLPA UTILIZÃDA NOS
· TESTfS DAS P'IIURAI 7 E I ar • 1104. o• a.oo, セB@ • o, as, -5215 tt • ••·• •t.
li FC
561
セ@
l'l c !l
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...
, • ••• ,,uilfCIII DA ÁIIEA , L⦅セ@ E DA ... ..so • WIIO HI/IIAÇÃO.
{
fllllllfSsiO VÁCUO SECAGEM • 22 in.Hg
K ÁREA SCCAOEitl M M セ jAjij@ • .,.
VrLOC.OADE • ----110•/not.
ÁREA DE FORMACÃO t•t.J
, . . .... IIUUJiiiCIA DA ÁIIIA DE 'Oiti!UtÇÃD 6 M Nla•Ão 00 MÍCCIO LoゥエセoL@
BBGセセセNLZZjZッ@
CA RAC TERfSTICAS
DA f'OLPA
UTIU..IZADA
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Z-10 r . 1u•4o Mセzsm@ ...... 4
''"· 10 IHFLLIEHCIA OA velocioaセ@ AGITAçÃO OA POLPA
o •4
" :> o o .. ..
Fig.ll_ V"TA 00 ,LTAO
_aAOSTRANOO A DISTRIBUIÇÃO DAS
PARTÍCULAS OE. IMNÉRIO PARA
MAIORES VflDCIOAO!'S Of AGI _
TACÃo DA POLPA .
UNIDA DI'
563
-<>----<>--
VfLOC/OADf DO ACIITAOOR f r p m J
Fit . 12- CAifCOTE PADRÃO
I- ZCWAS MORTAS
2- ZONA I"ORMAÇÃO
3- ZONA SfCAifM
4- ZONA SOPRO
ANfX0.06
'·' セ@
セ@o i :>
...
ANEXO 7
FIG. 13 - INFLUENCIA DA ADIÇÃO DE c.H À POLPA
••o 10,5
/ / , , ... 10,.2
--,-/
350 .... I / .. lO. I / , , , , .1"
.... lO. O .1" ,
ᄋセ@ t (//·------•"' e, e
::: セ@8,8 ,,
! .. 2 ••o 8 .7 !! .. 2 セ@
Produção :>
------- umidade
セᄋᄋ@S2J // 8 , 5
8,4
SIO • .j. 8,3
0 ,0 0,.2 0,4 o. o 0,8 I, O .,. CAL HIDRATADA
FIG. 14 - INFLUENCIA DA ADIÇÃO OE DESIDRATANTES
11
セ@
セ@o i :>
e
o 25 50 75 100 125 150 175 200
DESIDRATANTES '•"'
TIPO TESTE ADIÇÃO C. H. DESIDRATANTE (FIG . 13) (FIG . I4)
CARACTER{STICAS SE = 1805 SE = 1690
DA POLPA PF = 0,60 PF = I, 14
o = 2,09 o = 2, 15 USADA -32511- 95,4% -32511 90,3%
ii•e
564