Trabalho de Beneficiamento Desaguamento

BENEFICIAMENTO III

1. Introdução

Espessadores são tanques de sedimentação empregados em um tipo particular de separação sólido-líquido, separação esta que é denominada de espessamento. Tais espessadores fazem uso da diferença de massa específica entre a fase líquida e as partículas sólidas que estão suspensas na referida fase líquida. No âmbito da tecnologia mineral, o espessamento é utilizado para aumentar a concentração de sólidos de polpas até valores convenientes para operações subseqüentes, como bombeamento, filtragem ou condicionamento com reagentes de flotação. Deste modo, a função dos espessadores é a de receber uma polpa diluída e gerar um produto (underflow) que exibe maior concentração de sólidos que a alimentação. Um segundo produto, (overflow), exibe concentração de sólidos menor que aquela apresentada pela alimentação. Via de regra, tal produto constitui a fase líquida clarificada.

Entre as múltiplas opções oferecidas pela operação de separação de fases, este capítulo restringe-se às suspensões sólido-líquido e aos aspectos relacionados ao projeto e análise do desempenho de alguns equipamentos tradicionais para o espessamento e a filtração.

No que se refere ao espessamento, será abordada a sedimentação contínua tanto no campo gravitacional como no campo centrífugo moderado resultante do escoamento da suspensão na configuração geométrica peculiar do hidrociclone.

O diâmetro de espessadores industriais é dimensionado através de determinadas técnicas, as quais são baseadas no estudo do comportamento da sedimentação de partículas sólidas no meio aquoso. Tal estudo é executado em bateladas, embora a unidade industrial opere em escala contínua. Essas técnicas, apesar de seu largo uso, apresentam deficiências em função das muitas variáveis do processo de espessamento e, também, da complexidade dos mecanismos de sedimentação de partículas sólidas em meio fluido. O presente trabalho teve por objetivo aplicar três metodologias convencionais (Fluxo de Sólidos ou Metcalf-Eddy, Talmadge-Fitch e Roberts) para validar o dimensionamento de um espessador industrial, que já se encontra em operação, comparando o diâmetro calculado pelas técnicas convencionais com o diâmetro real do equipamento industrial. Tal comparação se justifica, não somente como validação das técnicas tradicionais de dimensionamento, como também para discussão sobre fatores de escalonamento utilizados em projetos de espessadores industriais.

A filtração de suspensões, que também será abordada neste capítulo, se restringirá aos filtros prensa e rotativo, na qual se considera a operação descontínua e sob pressão de algumas atmosferas, no primeiro caso, e continuamente e sob vácuo, no segundo.

2. Espessamento

É um processo que tem como objetivo a separação das fases líquida e sólida da lama, reduzindo o seu volume e aumentando seu teor de matéria

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sólida. E por meio da sedimentação o processo de separação sólido-líquido baseia-se na diferença entre as densidades dos constituintes de uma suspensão; a remoção das partículas sólidas presentes em uma corrente líquida se dá pela ação do campo gravitacional,com o intuito de se obter a polpa do sólido extraído com porcentagens adequada do produto, o qual oferece ao processo as características de baixo custo e grande simplicidade operacional. A larga utilização industrial dos sedimentadores promove um crescente interesse no conhecimento do cujo dimensionamento e operação desses equipamentos, com a finalidade de melhorar a sua utilização e eficiência no atendimento aos objetivos operacionais.

Os livros costumam classificar os sedimentadores em espessadores, produto de interesse é o sólido e são caracterizados pela produção de espessados com alta concentração de sólidos e os clarificadores, os quais têm como produto de interesse o líquido e se caracterizam pela produção de espessados com baixas concentrações de sólidos.

No setor industrial, os espessadores são os mais utilizados e operam, geralmente, em regime contínuo. Em linhas gerais, esses espessadores são constituídos por: um tanque; um dispositivo de alimentação da polpa com mínima turbulência; um mecanismo de varredura. Além disso, para aumentar a eficiência do espessamento ( a velocidade da decantação ), são utilizados aditivos denominados de floculizantes, cuja a principal função é a de aglomerar as partículas em suspensão formando flocos que decantam rapidamente.

Na extração mineral, os espessadores são largamente utilizados, pois há grandes interesses, principalmente, nos minérios com valor comercial. Esse processo tem as seguintes finalidades:

• obtenção de polpas com concentrações adequadas a um determinado processo subseqüente;

• espessamento de rejeitos com concentração de sólidos elevada, visando transporte e descarte mais eficazes;

• recuperação de água para reciclo industrial;

• recuperação de sólidos ou solução de operações de lixiviação, utilizados em processos hidrometalúrgicos.

3. Sedimentação

A operação de sedimentação é baseada em fenômenos de transporte, onde a partícula sólida em suspensão está sujeita à ação das forças da gravidade, do empuxo e de resistência ao movimento. O mecanismo da sedimentação descontínua auxilia na descrição do processo contínuo, com o uso do teste de proveta, que é baseado no deslocamento da interface superior da suspensão com o tempo, conforme ilustra a figura abaixo. Durante esse teste pode ser observada, após um tempo, a existência de cinco regiões distintas: a


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região de líquido clarificado, a de sedimentação livre e a de compactação. Algumas considerações físicas devem ser estabelecidas, a fim de caracterizar cada região:

A- Líquido clarificado: no caso de suspensões que decantam muito rápido esta camada pode ficar turva durante certo tempo por causa das partículas finas que permanecem na suspensão;

B- Suspensão com a mesma concentração inicial: a linha que divide A e B é geralmente nítida;

C- Zona de transição: a concentração da suspensão aumenta gradativamente de cima para baixo nesta zona, variando entre o valor inicial até a concentração da suspensão espessada. A interface BC é, de modo geral, nítida;

D- Suspensão espessada na zona de compressão: é a suspensão onde os sólidos decantados sob a forma de flocos se encontram dispostos uns sobre os outros, sem atingirem a máxima compactação, uma vez que ainda existe líquido entre os flocos. A separação entre as zonas C e D geralmente não é nítida e apresenta diversos canais através dos quais o líquido proveniente da zona em compressão escoa. A espessura desta zona vai aumentando durante a operação;

E- Sólido grosseiro: foram sólidos que decantaram logo no início do ensaio. A espessura desta zona praticamente não varia durante o ensaio.

A figura mostra também a evolução da decantação com o tempo. As zonas A e D tornam-se mais importantes, enquanto a zona B diminuiu e C e E permaneceram inalteradas. Ao final do processo B e C desapareceram, ficando apenas o líquido clarificado, a suspensão em compressão e o sedimento grosso. Este é também chamado ponto de compressão, ou ponto crítico. A zona A aumenta enquanto que a zona D diminui lentamente até a superfície de separação das camadas A e D atingirem o valor. Este valor mínimo não corresponde necessariamente à concentração máxima da suspensão decantada, pois é possível, com agitação apropriada, reduzir ainda mais a altura da lama espessada.

Decantações de suspensões concentradas.

4. Fatores que Afetam o Espessamento


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A eficiência de um espessador é encontrada pela razão de seu espessamento expressos pela unidade de sólidos espessados por área ao dia e pela qualidade dos produtos obtidos, isto é, Pela quantidade de sólidos prestes no “overflow” e no “underflow”. A sedimentação de uma suspensão aquosa de partículas ou flocos pode sofrer a influencia de fatores tais como:

• a natureza das partículas, como distribuição de tamanhos, forma, densidade específica, propriedades químicas e mineralógicas etc.;

• a quantidade de sólidos na suspensão;

• pré-tratamento da suspensão, para auxiliar na sedimentação;

• dimensões do tanque de sedimentação.

4.1. Natureza das Partículas

Partículas esféricas ou com forma aproximada à esférica têm uma maior facilidade de sedimentar do que partículas de mesmo peso com formato irregular. Comportamento semelhante é observado na sedimentação de partículas de maior diâmetro, diante das muito finas. Uma alternativa para fazer face às irregularidade e ao pequeno diâmetro de partículas é a floculação, que promove a aglomeração das partículas resultando em unidades maiores e com forma mais aproximada da esférica, implementando melhorias às características de sedimentação da suspensão.

formando naturalmente os aglomerados

A floculação ocorre, geralmente, pela adição de um agente químico que dá ao meio as condições necessárias à floculação; porém, existem suspensões em que as partículas sólidas já são química ou mineralogicamente apropriadas ao meio iônico da suspensão,

4.2. Efeito de Concentração

Suspensões muito concentradas apresentam características de sedimentação bem diferentes das observadas na sedimentação de uma partícula isolada, devido ao efeito da concentração. Esse efeito origina o fenômeno da sedimentação impedida, fazendo com que a taxa de sedimentação deixe de ser constante para se tornar decrescente.

4.3. Pré-Tratamento

Suspensões floculadas apresentam diversas características diferentes da suspensão de partículas, uma delas é a taxa de sedimentação consideravelmente maior do que a da suspensão original, devido à grande quantidade de água que o floco contém nos seus interstícios. Assim, características como forma e densidade são muito pouco relacionadas com as características das partículas originais. Para a previsão de novas taxas de sedimentação, o que é


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extremamente complexo, faz-se necessário o conhecimento de um novo fator de forma e valor de densidade, que ainda são determinados por métodos empíricos. A grande dificuldade na determinação destas variáveis é a sua dependência não apenas com o tipo de floculante utilizado, mas também com as condições físico-químicas sob as quais ocorreu a floculação.

4.4. Tanque de Sedimentação

A geometria e as dimensões do tanque têm influência no processo de sedimentação; a existência de paredes ou obstáculos no trajeto da partícula promove a redução da taxa de sedimentação. A altura de suspensão no tanque não altera a taxa de sedimentação nem a concentração de sólidos na lama ao final do teste, porém se a concentração de sólidos é muito alta, é importante que o tanque seja alto o suficiente para que o processo de sedimentação aconteça livremente, sem que as partículas sejam indevidamente desaceleradas devido ao fundo do tanque.

5. Tipos de Espessadores

A capacidade de uma unidade de espessamento é diretamente proporcional à sua área e é usualmente determinada em função da taxa de sedimentação dos sólidos na suspensão, que independe da altura de líquido. A polpa, na sedimentação, passa através de zonas de concentração de sólidos variável entre a da alimentação e da descarga final; consequentemente, nas zonas intermediárias existentes entre esses limites de concentração, cada partícula encontrará diferentes taxas de sedimentação e a zona que exibir a menor taxa de sedimentação será a responsável pelo dimensionamento da unidade.

A capacidade de uma unidade contínua de espessamento está baseada na sua habilidade em processar suspensões, tanto na função de espessador quanto de clarificador. A área da unidade controla o tempo necessário para que ocorra a sedimentação dos sólidos através do líquido, a uma dada taxa de alimentação do mesmo e é importante na determinação da capacidade de clarificação do equipamento. A altura da unidade controla o tempo necessário para o espessamento da polpa para uma dada taxa de alimentação dos sólidos e é importante na determinação da capacidade de espessamento da unidade.

No projeto das unidades de espessamento, a relação entre altura e diâmetro é importante apenas para avaliar se o volume do tanque proporcionará um tempo de sedimentação necessário aos objetivos do equipamento, considerando fatores como eficiência operacional e projeto mecânico.

Os tipos de espessadores variam em função da geometria ou forma de alimentação do equipamento. Basicamente são tanques de concreto equipados com um mecanismo de raspagem, para carrear o material sedimentado até o ponto de retirada, o que corresponde ao maior custo do equipamento. Os braços raspadores são acoplados à estrutura de sustentação do tubo central de alimentação da suspensão e devem ser projetados baseados no torque aplicado


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ao motor. Devem também ter flexibilidade para suportar diferentes volumes e tipos de cargas impostas.

5.1. Espessador Contínuo Convencional

O espessador contínuo convencional consiste em um tanque provido de um sistema de alimentação de suspensão e outro de retirada do espessado (raspadores), dispositivos para descarga do overflow e do underflow. Esse tipo de espessador contínuo é o mais utilizado industrialmente; maiores detalhes sobre a sua estrutura e mecanismos de operação podem ser vistos no esquema abaixo:

Esquema operacional de um espessador contínuo convencional

5.2. Espessador de Alta Capacidade

Esse tipo de espessador é bastante semelhante ao contínuo convencional, porém com alguma modificação estrutural de projeto - seja por meio da inserção de lamelas ou modificação no posicionamento da alimentação da suspensão, entre outras – que promove o aumento da capacidade do equipamento. Uma das vantagens desse equipamento, além de aumentar a capacidade, é promover um aumento na área de espessamento, sem que seja aumentando o seu diâmetro. Este fato é muito atraente industrialmente, especialmente no que diz respeito ao espaço necessário para a montagem dos mesmos.

5.3. Espessador de Lamelas

Essa unidade de espessamento, que também é um espessador de alta capacidade, consiste numa série de placas inclinadas (lâminas), dispostas lado a lado, formando canais. A vantagem dessa configuração é a economia de espaço, uma vez que a capacidade de sedimentação nesses equipamentos é bem maior que no espessador convencional, pois a área efetiva de sedimentação é dada pela soma das áreas projetadas de cada lamela. Outra vantagem da configuração lamelar está na rápida sedimentação das partículas sólidas: como o tempo de sedimentação é proporcional à altura de queda vertical, este tempo pode ser reduzido, diminuindo-se o espaçamento entre as lamelas.

Nesses espessadores, a suspensão pode ser introduzida diretamente no compartimento de alimentação ou numa câmara de mistura e floculação. Os


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sólidos sedimentam sobre as lamelas e deslizam até o fundo do equipamento, formando o material espessado, que é, em seguida, bombeado.

Esquema operacional de um espessador de lamelas

6. Dimensionamento de Espessadores u = dz / dθ

6.1. Método de Coe e Clevenger

A área de um espessador deve ser suficiente para permitir a decantação de todas as partículas alimentadas.

Hipóteses:

- A velocidade de sedimentação é função da concentração local : u = f(C); - As características essenciais do sólido não se alteram quando se passa para o equipamento de larga escala.

Para que não haja arraste de partículas sólidas na direção do vertedor, a velocidade ascensional do líquido nesta seção limite deverá ser menor do que a velocidade de decantação das partículas.


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Q - QE = Vazão de líquido claro que sobe pelo decantador nesta seção.

Se a área for insuficiente começará a haver acúmulo de sólidos numa dada seção do espessador e finalmente haverá partículas sólidas arrastadas no líquido clarificado. Esta Seção → Zona Limite.

Como QA. CA = Q.C = QE. CE

Onde: S = Área de decantação (m2);

QA = Vazão volumétrica da suspensão (m3/s); CA = Concentração de sólidos na suspensão (Kg/m3);

CE = Concentração de sólidos na lama (Kg/m3); C = Concentração na zona limite (Kg/m3); u = Velocidade de decantação na zona limite (m/s).

⇒ C e u: São determinados experimentalmente. ⇒ S: Diversos cálculos são realizados com pares de valores de C e u.

O maior valor de S será a área mínima do decantador!

6.2. Método de Kynch Consiste em fazer um ensaio que forneça a curva de decantação:

- Calculam-se diversos pares (C, u) a partir da curva de decantação; - Calcula-se:

- O máximo valor de S será a área do decantador.

6.3. Método de Roberts Permite localizar com exatidão o ponto crítico (entrada em compressão).

⇒ Com os dados do ensaio de decantação, traçar log(z-zf); ⇒ A curva obtida mostra uma descontinuidade no ponto crítico.

OBS: Ponto Crítico: linha de separação entre o espessado e o clarificado.

6.4. Método de Talmadge e Fitch (Método Gráfico). - Traçar a tangente à curva de sedimentação na zona de clarificação;

- Traçar a tangente à curva de sedimentação na zona de espessamento;

- Traçar a bissetriz entre as 2 retas;


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- Localizar o ponto crítico.

- Traçar a tangente à curva de sedimentação passando pelo ponto crítico.

- Localizar:

- Ler θE

- Calcular a área, que por dedução através das 3 equações do método de Roberts resulta em :

7. Filtração

A Filtração é um processo unitário que consiste na separação de uma fase sólida de uma fase liquida. Basicamente uma operação de separação de sólidos presentes em uma polpa na qual a fase liquida chamado filtrado, é compelida a passar através de um meio poroso, este denominado meio filtrante, ao passo que a fase sólida, nomeada torta de filtração, firma uma camada sobre a superfície do meio poroso.

8. Processos de Filtração

No processo de filtração por gravidade ocorre quando o liquido escorre pelo meio filtrante (meio poroso) apenas pelo efeito de pressão hidrostática. Caso esta filtração ocorra sob uma pressão alta em relação à atmosférica será denominada de filtração sob pressão, ou e uma pressão baixa, denominando-se filtração a vácuo. E por fim, a filtração centrifuga, quando há forças centrifugas sendo aplicadas no meio filtrante.

A filtração é uma importante fase do processamento industrial mineral. Neste setor, esta operação é muito utilizada para a recuperação de sólidos e para a obtenção de líquidos clarificados devido aos seus respectivos valores econômicos.

9. Fatores que influenciam a filtração


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9.1. Viscosidade

A viscosidade da polpa a ser filtrada deve ser inversamente proporcional à razão da filtração. Em uma determinada fase liquida, a alta viscosidade pode ser reduzida diluindose com um solvente de baixa viscosidade, conseqüentemente, melhorando a velocidade de filtração.

9.2. Temperatura A velocidade de filtração de polpa é marcante com o efeito da temperatura, principalmente relacionando-se com a viscosidade. De um modo geral, temperatura viscosidade estão intimamente relacionadas nos trabalhos de filtração. Em grande parte dos líquidos, por exemplo, o aumento de temperatura provoca certo decréscimo da viscosidade dando maior eficiência na filtração.

9.3. Espessura A espessura é de extrema importância no dimensionamento de um filtro e dela depende o ciclo de operação, pois a velocidade média de filtração para uma dada quantidade de filtrado ou de torta é inversamente proporcional ao quadrado da espessura da torta no final da filtração.

9.4. Lavagem Com a torta retida no leito filtrante, após a etapa de filtração, inicia-se a operação de lavagem utilizando-se água nova ou outro liquido compatível com o sistema. O objetivo desta operação é remover ou reduzir em nível desejado o volume de filtrado residual e/ou sólidos retidos na torta, no caso de especificação do sólido ou para a recuperação máxima de filtrado. A velocidade de lavagem da torta do filtro é inversamente proporcional à espessura da desta torta. A eficiência de lavagem muitas vezes não é afetada pela espessura da torta, desde que esta esteja estável.

9.5. O tamanho da partícula É de extrema importância o controle do tamanho de partícula na polpa de alimentação do filtro, pois o efeito do tamanho da partícula é significativo sobre as resistências da torta e do tecido do filtro, já que a redução do tamanho da partícula faz com que a velocidade de filtração diminua e aumentando a retenção de umidade na torta. Porém, em alguns casos leva à melhor eficiência de lavagem. Para se evitar a redução de tamanho das partículas deve-se evitar a ação violenta da bomba e sua agitação. Em determinadas situações, nas quais a presença de partículas finas compromete sensivelmente a velocidade de filtração, utiliza-se pré-condicionamento da suspensão, através de tratamento químico, causando a floculação de partículas finas e formação de aglomerados, conseqüentemente, viabilizando e facilitando a filtração.

9.6. O meio filtrante Ao escolher o meio filtrante deve-se manter o compromisso entre a abertura do tecido e o tamanho da partícula, de modo que possa encontrar um tecido com abertura suficiente para evitar entupimentos e, concomitantemente, vazamentos excessivos de partículas finas.

Fazendo uma relação com a velocidade de filtração, o efeito do entupimento sobre esta é bastante considerável que se torna usualmente


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justificativa para substituição do tecido, acém de justificar a utilização de um fator de segurança no calculo da capacidade do filtro.

9.7. Concentração de sólidos Teoricamente, o tempo necessário para se depositar uma dada massa de sólido varia inversamente com relação entre massa de sólidos e do filtrado. Geralmente, para resultados com melhores taxas de filtração, principalmente para filtros a vácuo, utilizam-se suspensões com maiores concentrações de sólidos.

10. Teste em escala de laboratório

É de grande necessidade realizar ensaios em escala de laboratório para determinar as condições de um filtro para uma dada situação, pois é praticamente impossível prever o comportamento de um determinado produto a ser filtrado.

O método de filtração mais empregado para o dimensionamento de filtros contínuos industriais é o teste de folhas (“leaf test”). Para estes ensaios são necessário equipamentos relativamente simples, de pequena escala e de fácil montagem. (Figura caso seja necessário)

Figura – Primeira etapa do ensaio de teste de folha (formação da torta).

Figura – Segunda etapa do ensaio de teste de folha (secagem).


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Os testes de folhas são empregados na necessidade de se prever o desempenho de filtros de tambor ou de discos e filtros planos, por isso devem ser conduzidos de forma a simular com detalhes a operação destes equipamentos.

Deve-se iniciar um programa de ensaios de filtragem com uma série de ensaios preliminares, visando observar a ordem de grandeza do tempo de formação da torta e de desaguamento ou secagem e o nível de vácuo e seleção dos meios filtrantes que possam fornecer os resultados desejados.

Recipiente com a suspensão aquosa

As condições geralmente estudadas nos ensaios são: temperatura da polpa; concentração de sólidos em suspensão; tratamento prévio da polpa; nível de vácuo; lavagem e outros fatores que venham ser de interesse.

Dados adquiridos nos testes de folha são: tempo total de filtração; volume de filtrado; espessura e uniformidade da torta; massa de torta formada; teor de unidade de torta e o nível de vácuo, além da velocidade e a eficiência de lavagem, o comportamento da torta na secagem, a ocorrência de rachaduras na torta, as características de descarga, o pH do filtrado, a compatibilidade química do meio filtrante e a tendência do filtrado a formar espuma.

É necessário que todos os ensaios sejam executados em situações que simulem as condições de operação em escala industrial.

Os resultados obtidos nos testes de folha são expressos em peso de sólido seco ou volume de filtrado, por unidade de área ou por ciclo, que é a razão de filtragem. Essa grandeza, multiplicada pelo número de ciclos por dia, permite o cálculo da área do filtro necessária para processar e obter uma capacidade diária de uma determinada escala de produção. No cálculo do ciclo da filtragem, devem ser considerados os tempos de carga, descarga, troca de tecidos, manutenção e previsão de expansão (Chaves, 1996).

10.1. Meios Filtrantes

A escolha do meio filtrante é de grande importância para que se possa obter uma operação de filtração satisfatória. Um meio filtrante adequado deve contemplar sua capacidade de retenção dos sólidos a serem separados do liquido durante um período aceitável e sua compatibilidade com o meio no qual irá trabalhar.

Para isso basta-se observar as seguintes características ao selecionar um meio filtrante: a) Redução máxima da passagem de sólidos através dos poros no inicio da filtração; b) Apresentar a mínima resistência à passagem do liquido; c) Ter compatibilidade química com o meio; d) Apresentar resistência mecânica para agüentar a pressão de operação; e) Apresentar mínimo desgaste mecânico; f) Possuir facilidade para descarregar a torta; g) Baixo custo;


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Os materiais em que se encontram fabricados os meios filtrantes são: algodão, polímeros sintéticos, vidro, amianto, metal e outros materiais que formem fibras.

No entanto, o algodão continua ser o material que mais se usa em virtude de seu baixo custo, da variedade de tipos de tecidos encontrada comercialmente e sua versatilidade. Porém, o grupo dos tecidos de polímeros sintéticos vem superando o algodão como meio filtrante devido à sua maior resistência a produtos químicos e a tolerância a temperaturas mais elevadas.

12. Auxiliadores de Filtração

Situações-problemas relativos à velocidade de filtração, entupimento do meio filtrante e filtrado com turbidez insatisfatória em determinados processos de filtração, há a alternativa de se utilizar um auxiliar de filtração que é um material granular ou fibroso, capas de formar no filtro uma torta permeável que incorpore os sólidos que geram problemas, geralmente partículas finas ou flocos deformáveis.

Para se obter uma boa filtração, é necessário que um bom auxiliar de filtração apresente as seguintes características: baixa densidade para minimizar a tendência à deposição; alta porosidade; ter capacidade de produzir tortas permeáveis e ser quimicamente inerte em relação ao meio.

A função dos auxiliadores de filtração é basicamente proteger o meio filtrante utilizando-se este como pré-revestimento por meio da formação de uma camada do material sobre o meio filtrante, evitando assim a passagem de partículas finas que eventualmente possam passar ao filtrado; ou utilizá-los misturados à polpa a ser filtrada para que as partículas que apresentarem dificuldades de filtração sejam retidas numa torta permeável.

13. Equipamentos de Filtração

O filtro de pressão do tipo prensa em batelada e os filtros contínuos a vácuo são os de maior uso nas usinas de tratamento de minerais. Por isso as considerações apresentada se limitarão a estes filtros.

13.1. Filtros de pressão São filtros que operam acima da operação atmosférica, como a pressão de operação imposta por uma bomba de êmbolo, diafragma, parafusos, centrifuga ou ainda por corrente proveniente de um reator pressurizado.

Vantagens ao se utilizar os filtros de pressão: a) A aplicação de altas pressões permite aumentar a velocidade de filtração e viabilizar separações sólido-liquido consideradas difíceis que seriam proibitivas de outra maneira, devido ao longo ciclo de operação; b) Possuem grande área de filtração por unidade de área física ocupada; c) Os filtros de pressão em batelada possuem maior flexibilidade que outros filtros, por um custo relativamente baixo.


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Desvantagens: a) Filtro de pressão continua são muito caros e apresentam pouca flexibilidade; b) Filtro de pressão descontinua dificilmente se adaptam a processo contínuo e sua operação é de alto custo.

13.2. Filtro Prensa Os Filtros-prensa foram introduzidos por volta do século XIX e foram utilizados por muitos anos principalmente na separação de lamas servidas. Eles eram considerados máquinas de trabalho intensivo, conseqüentemente não encontraram muita aceitação nas indústrias de processo sofisticada e altamente automatizada. Isto ocorreu até meados dos anos 60 quando esta imagem mudou pela introdução de mecanismos avançados, orientados para obter bolos de baixa umidade que descarregam automaticamente e permitem a lavagem do pano ao término do ciclo de filtração.

É o modelo mais simples dos filtros de pressão e o de maior utilização industrial.

Consiste num conjunto alternado de quadros ocos nos quais a torta é retida durante a operação de filtração e placas maciças que possuem superfícies preparadas com sulcos ou furos que permitem a drenagem do filtrado. O meio filtrante geralmente um tecido, recobre ambas as faces da placa. O conjunto de placas e quadros é apoiado, de modo vertical, sobre um par de suportes paralelos fixos na estrutura do filtro. Para proceder à operação de filtração, as placas e quadros pendurados no suporte são comprimidos até o ponto de se evitar o vazamento entre elas, entre duas placas extremas, uma fixa e outra que se move através de um sistema de alavanca, ou engrenagem pinhão ou macaco hidráulico.

Em um filtro prensa a descarga do filtrado pode ser do tipo fechado ou do tipo aberto. O tipo fechado consiste num canal por onde passa o filtrado que percorre todo o comprimento do filtro até um tudo de descarga na extremidade, já o de tipo aberto consiste de um filtrado que é drenado através de torneiras individuais localizadas em cada placa, para um reservatório na parte inferior do tubo. As figuras a seguir demonstram o diagrama esquemático de um filtro prensa e de um filtro prensa de placas e quadros.

Desenho esquemático de um filtro

Figura - Filtro-prensa de placas e quadros


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É comum fazer a lavagem da torta retida no filtro depois da operação de filtração, a fim de retirar a solução agregada à torta ou solubilizar impurezas sólidas presentes. Na prática há duas técnicas de lavagem que são bastante utilizadas: a lavagem simples e a lavagem completa. Para a primeira, o liquido de lavagem usa o mesmo sistema de alimentação da polpa e descarte do filtrado. Para a lavagem completa, o liquido de lavagem é introduzido nas faces de placas alternadas permitindo que o liquido passe através de toda a espessura da torta escoando sobre a superfície das outras placas que mantêm os canais de descarga abertos para o escoamento de solução de lavagem que deixa o filtro.

Vantagens:

- Construção simples, robusta e econômica; - Grande área filtrante por área de implantação;

- Flexibilidade (pode aumentar ou diminuir o número de elementos para variar a capacidade);

- Não tem partes móveis;

- Trabalha com altas pressões;

- Manutenção simples - Apenas substituição periódica das lonas.

Desvantagens:

- Operação intermitente, - Alto custo de mão-de-obra,

- Lavagem da torta é imperfeita e demorada.

13.3. Filtros a vácuo

São filtros que operam sob baixa pressão, basicamente operando-se sob pressões inferiores à atmosférica, utilizando-se como principal ferramenta a bomba de vácuo por ser a fonte motriz de filtração.

Podem ser de operação continua ou em batelada. Os filtros a vácuo contínuos possuem elevada capacidade de processamento, maior que as demais espécies de filtros, alem do fato de que a principal justificativa para o emprego de filtração a vácuo é sua fácil adaptação a operações continuas, já o uso de o uso de filtros a vácuo em batelada é bastante restrito, limitando-se a usos específicos.

Vantagens: • Operação contínua (à exceção do filtro de Nutsche)

• Recuperação ou remoção dos contaminantes solúveis do bolo pela lavagem em contracorrente (especialmente nos filtros de correia horizontal, de bandeja inclinada e de mesa)


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• Produção de filtrados relativamente limpos usando uma porta para o turvo ou uma bacia de sedimentação (nos filtros de correia horizontal, de bandeja inclinada e de mesa)

• Permite polir soluções (em um filtro de pré-revestimento)

• Acesso conveniente ao bolo para atividades do operador ou retirada de amostragem

• Controle fácil de parâmetros operacionais tais como relações da espessura ou da lavagem do bolo

• Grande variedade de materiais de construção

Desvantagens: • Umidade residual mais elevada no bolo

• Uma construção de difícil vedação para permitir presença de gases

• Difícil de limpar (principalmente no grau necessário para aplicações com produtos alimentícios)

• Consumo elevado de potência pela bomba de vácuo

13.4. Filtros contínuos a vácuo

Classificam-se em três categorias: Tambor rotativo, disco (ou vertical) e horizontais (tipos de mesa, de bandeja e de correia).

Características:

- Possuem uma superfície filtrante na qual a torta se deposita por efeito do vácuo no ponto de entrada da polpa e se move até o ponto de remoção da torta, onde se descarrega a torta por meios mecânicos ou pneumáticos, retornando novamente ao ponto de alimentação da polpa;

- Apresentam uma válvula que regula a pressão abaixo da superfície de filtração nos diferentes estágios de seu percurso permitindo a drenagem do filtrado, lavagem e secagem da torta.

O ciclo de operação deste filtro é na realidade uma série de etapas descontinuas muito próximas que simulam um processo continuo.

É necessário considerar os seguintes aspectos ao escolher o tipo de filtro a ser empregado: características da polpa, operações às quais a torta deve ser submetida e aspecto econômico.


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Operação do filtro rotativo a vácuo

Os filtros contínuos a vácuo podem operar, em função de sua alimentação, tanto conta a gravidade – quando a superfície filtrante girar dentro de um tanque de polpa, quanto a favor da gravidade – quando polpa é alimentada sobre esta superfície. Quando um filtro opera contra a gravidade diz-se tratar de unidade de alimentação por baixo e no caso contrário são unidades de alimentação por cima. As unidades de alimentação por baixo são indicadas para polpas que podem ser mantidas na forma de uma suspensão homogênea. As outras unidades são mais usadas para polpas contendo sólidos de granulométrica grosseira.

Na maioria das vezes, o meio filtrante utilizado em filtros a vácuos contínuos para a separação sólido/liquido é um tecido, que deve ser selecionado em função do tipo do material a ser filtrado. O tecido deve conter as seguintes características: boa resistência mecânica; não entupir facilmente; possuir abertura maior possível para favorecer a velocidade de filtração e fechado o suficiente para evitar passagem de partículas finas.

Dependendo da configuração da superfície de filtração, os tipos de operação poderão ser feitas num mesmo filtro. A operação de desaguamento pode ser realizada em qualquer tipo de superfície, porém, a lavagem só é feita em superfícies horizontais pouco inclinadas.

O mecanismo de descarga da torta num filtro a vácuo continuo, pode utilizar o auxilio da gravidade, quando a torta é removida por um jato de ar comprimido, uma lamina ou um arame para facilitar a descarga. Opcionalmente, a descarga é feita contra a gravidade quando podem ser correntes metálicas, cilindros em movimento ou parafuso sem fim.

Na operação de secagem da torta é comum o uso de corrente de ar quente ou vapor.


BENEFICIAMENTO III

Instalação com filtro rotativo a vácuo

14. Operações auxiliares

A excavação e carga é feito por escavadeiras a cabo, escavadeiras hidráulicas,

retroescavadeiras hidráulicas, carregadeiras sobre pneus ou esteira,moto scrapers,

dragas e monitores hidráulicos, equipamentos também utilizados nas minas do

exterior. Nas minas externas, equipamentos de maior porte são encontrados com

maior freqüência, existindo, assim, um número superior de escavadeiras a cabo de

grande porte. Para se obter melhor produtividade no carregamento, é imperativo que

as escavadeiras sejam sempre operadas fazendo o carregamento dos caminhões de

ambos os lados, o que ainda é, nas minas do Brasil, prática pouco comum.

A razão principal é que não se toma o cuidado de manter a adequada largura das bancadas e não se garante fácil acesso aos dois lados da máquina, devido à posição do cabo

elétrico. São muito pouco utilizadas as calhas metálicas que são colocadas no piso,


BENEFICIAMENTO III

próximo das escavadeiras para proteção do cabo, facilitando a manobra dos

caminhões. Essa dificuldade criada para o desempenho do trabalho tem sido a

desculpa freqüente de não se carregar pelos dois lados. Tal prática, apesar de

aconselhável, torna-se inviável, na maioria das vezes, em função da cultura de

desenvolvimento de mina estabelecida em nosso país, não permitindo praças

adequadas para essa operação.

Os cabos de escavação fabricados no Brasil já possuem a necessária qualidade

para permitir um número maior de horas de trabalho, como acontece nas minas

externas. Apesar de possuírem menor custo de aquisição do que os similares importados, os cabos nacionais nem sempre estão disponíveis, obrigando a

aquisição de similares importados.

Será necessário ainda que, no planejamento de nossas minas, se faça maior opção

pelas escavadeiras hidráulicas que poderiam em muitas situações ser mais

aplicadas, permitindo a renovação de máquinas a cabo de menor porte, muitas

vezes inadequadas, com menor investimento. Por serem mais leves, podem

trabalhar em terrenos de menor resistência à compressão, sendo também de mais

fácil locomoção. Felizmente, é crescente o número dessas máquinas nas minas do

Quadrilátero.


BENEFICIAMENTO III

As retroescavadeiras são especialmente indicadas nas operações de pedreiras, por

terem suas caçambas mais compatíveis com as aberturas dos britadores primários

instalados, e serem mais baratas. Em algumas pedreiras, a retroescavadeira

trabalha sobre a pilha desmontada, carregando os caminhões com ciclo menor. Nas

operações contratadas, a utilização de retroescavadeiras e pás carregadeiras é mais

freqüente por se adequarem melhor aos caminhões menores. Uma aplicação

também adequada delas é feita na minas de fatias do Pará e Rio Grande do Sul.

Somente em Carajás e Itabira está sendo seguida uma tendência muito moderna de

instalação de GPS e pesagem nas escavadeiras, o que permite um controle em

tempo real da quantidade e qualidade lavrada. Carajás é também a única mina que

utiliza escavadeira PH 2800, a de maior porte no Brasil. As pás carregadeiras L1800

existentes em Itabira e Carajás já possuem também os recursos de pesagem. Um

novo projeto de cobre está sendo implantado em Carajás, onde está sendo prevista

a aquisição de escavadeira tipo PH 4100 de 42jc, para movimentação do estéril.

Na mina da Fosfértil, em Tapira, como aconteceu em muitas situações, desde o

início foram utilizadas as escavadeiras Marion 151M, caçambas fabricadas em aço


BENEFICIAMENTO III

especial, que permitiram aumentar o volume para 13jc. Recentemente, também

nessa mina, a troca das caçambas de aço fundido das escavadeiras PH 1900

adquiridas, por outras fabricadas em chapa especial permitiu passar a caçamba

original de 12jc para 18 jc, melhorando a produtividade por exigir menor número de

passes para carregar o caminhão de 190t.

Como os caminhões cresceram mais rapidamente do que as escavadeiras em

termos de capacidade, muitas minas ainda convivem com uma combinaçãoinadequada escavadeira x caminhão, resultando num ciclo de carregamento maior

(mais passes por carga). A componente econômica é a principal determinante desta

prática.

15. Transporte

De modo geral, a atividade transporte interno concentra o maior custo operacional

das nossas minas. A tendência de se utilizar sempre maiores unidades em menor

número, permite minimizar estes custos. Essa afirmativa tem sido contestada por

muitos, quando se analisa a diminuição da capacidade resultante ao se paralisar

uma unidade de grande porte, comparada com o efeito causado pela paralisação de

uma unidade menor. Somente a CVRD em Itabira e Carajás introduziu caminhões


BENEFICIAMENTO III

fora de estrada com capacidade nominal de 240st, que foram aumentadas para

278st (toneladas curtas), diesel ou diesel elétricos. Estes caminhões possuem

células de pesagem. Todos os caminhões das outras minas brasileiras são menores

do que 190t. A população de caminhões existentes no Brasil acima de 95t ultrapassa

uma centena de unidades.

Os raios de curva das estradas necessitam ser sempre bem estudados nas nossas

minas por melhorarem a vida dos pneus dos caminhões. Deverá ser dada muita

atenção também às drenagens e manutenção das estradas eliminando-se

totalmente as poeiras.

Uma vez que há poucas britagens nas cavas, o transporte por caminhões nas

nossas minas tem sido muito longo, o que encarece nossas operações. Até agora

não tivemos nenhum projeto que justificasse o uso de caminhões diesel elétricos

com trolley nas vias permanentes.

A operação da Samarco em Mariana, Minas Gerais, é ainda o melhor exemplo de

lavra a custo baixo utilizando correias transportadoras nas frentes. Este exemplo

precisa ser mais aplicado nas minas brasileiras.

Quase todas as nossas minas de GP e MP já estão equipadas com sistemas

modernos de direcionamento (dispatching) de caminhões para escavadeiras nas


BENEFICIAMENTO III

minas, com destaque para Itabira e Carajás que possuem os tipos mais modernos, o

que vem permitindo significativa redução no número de unidades necessárias.

Para os caminhões fora de estrada de capacidade supeior a 190t, não há

disponibilidade de pneus adequados localmente e depende-se sempre da

importação, com desvantagens. Os caminhões modernos possuem muitos

elementos de controle de que ainda não se tem fabricação local, gerando as

mesmas dificuldades.

Um ponto importante a ressaltar e que já vem sendo feito em algumas minas

brasileiras é a disposição de se modernizar os caminhões elétricos mais velhos, o

que poderá prolongar sua vida útil, com economias significativas.

É importante salientar ,ainda, que estes equipamentos de grande porte precisam

sempre de uma manutenção rigorosa, sem improvisações. Necessariamente no

nosso clima, estes caminhões fora de estrada de capacidade superior a 100t

precisam ter cabines climatizadas, para dar maior conforto aos operadores.

16. Equipamentos auxiliares


BENEFICIAMENTO III

As minas brasileiras possuem, de maneira geral, os mesmos equipamentos que as

suas congêneres do exterior. A exceção que se faz é a falta ainda em algumas

minas de quebradores de matacos eletrohidráulicos, montados em braços de

retroescavadeiras hidráulicas, e caminhões tanques irrigadores de grandecapacidade. Convive-se, ainda, em algumas minas de MP E GP, com pequenos

carros-pipa alugados de terceiros. As motoniveladoras de grande porte são ainda

pouco numerosas nas nossas operações de MP e GP, o que dificulta a melhor

manutenção das estradas.

Os quebradores de matacos já estão em uso de forma mais generalizada nas

pedreiras urbanas das grandes cidades, evitando-se os lançamentos e diminuindo

também o nível dos ruídos do desmonte. Os rompedores, por terem operação

continuada, podem causar, inclusive, maior incômodo. Em muitas frentes, eles

poderão até substituir o desmonte por explosivo, aplicação que também está sendo

considerada no momento em operações no exterior.

Outra aplicação importante dos quebradores hidráulicos será sua utilização para

regularizar os taludes finais dos bancos lavrados.

Muitas de nossas minas não se modernizaram ainda o suficiente a ponto de terem já

adquirido os instrumentos mais modernos para levantamentos topográficos e


BENEFICIAMENTO III

softwares para planejamento.

17. Mão de Obra

De modo geral, as operações de mina a céu aberto externas utilizam reduzida mão

de obra se comparado com o que se pratica no Brasil.

Tem sido correta a política das empresas de utilizar mão de obra somente onde ela

é necessária. A aplicação nas minas dos equipamentos de maior porte traz

economia para as operações, uma tendência da atividade no mundo e que também

está sendo seguida aqui no Brasil, na medida do possível. Procura-se também aqui

dar à mão de obra empregada as melhores condições de segurança e higiene no

trabalho.

Às vezes, na ânsia de economizar mão de obra, contudo, prejudica-se o custo da

operação. Cita-se, como exemplo a falta de catadores de pedras soltas nas vias e

muitas vezes também nas praças de lançamento de estéril. Um acidente provocado

por pedras soltas poderá resultar na perda total de pneus de caminhões fora de

estrada, de custo elevado. Nossos operadores de caminhões e de outros veículos

que circulam nas minas nem sempre possuem a determinação de parar o veículo e

remover as pedras ou chamar assistência para atender às situações que se


BENEFICIAMENTO III

apresentam, apesar de treinados para tal.

Todas as atividades envolvendo pessoas precisam ser muito bem monitoradas,

exigindo freqüente treinamento no trabalho por meio de instrutores muito bem

preparados. Já vêm sendo utilizadas com sucesso em muitas minas as modernas

técnicas de comunicação visual, servindo como ferramentas bastante úteis no

treinamento dos operadores.

A mão de obra de manutenção mecânica e elétrica tem um papel importante na

mineração quando se visa alcançar as disponibilidades exigidas nestes

equipamentos modernos de alto custo. A sua capacitação demanda a cooperação dos fabricantes e deve fazer ser integrante das condições de aquisição dos

equipamentos.

Os seguintes métodos de lavra a céu aberto serão discutidos a seguir:

· Encosta

· Cava

· Fatias

· Lavra por dissolução

18. Conclusão

A etapa de separação sólido-líquido está entre as operações de sedimentação mais importantes que hoje são empregadas em indústrias, entre elas: a indústria química, no processamento de alimentos, tratamento de água, resíduos e, principalmente, no beneficiamento de minérios, entre outras, pois muitos dos produtos industriais são suspensões de sólidos em líquidos. Nos processos mineralógicos, a separação de uma polpa diluída vem intimamente relacionada à ação da gravidade, objetivando obter um produto com


BENEFICIAMENTO III

concentração elevada de sólidos, ou uma parcela de líquido com baixíssimo teor de sedimentos.

Nas operações auxiliares toda essa etapa é de suma importância onde o

custo na movimentação da lavra ate o cliente, o custo é muito alto, onde todo o

gasto de lavra na mina, 60% é com movimentação de minerais e estéril.

19. Referencias bibliográficas

SANT’ANA, H.B.S. Separação Sólido-Líquido em Tratamento de Efluentes:

decantação e filtração. Pontifícia Universidade Católica de Rio de Janeiro.

Departamento de Ciências dos Materiais e Metalurgia – Tratamento de Efluentes

Industriais.

KING, D.L Thickeners. In: MULLAR, A.L., BHAPPU, R.B. Mineral processing

plant design. 2 ed. New York: SME, 1980. Cap.27, p.541-577.

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http://w.notapositiva.com/trab_estudantes/trab_estudantes/fisico_quimica/

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http://w.mausa.com.br/portugues/pdf/mausa007.pdf

http://w.ufrnet.ufrn.br/~lair/Pagina-OPUNIT/Filterpress.htm

http://w.enq.ufsc.br/disci/eqa5313/Filtracao.htm

FRANÇA, S.C.A. & MASSARANI, G. Capítulo 14: Separação Sólido-Líquido.

CETEM – Centro de Tecnologia Mineral. Ministério da Ciência e Tecnologia. Rio de

Janeiro, 2004.


Documents

Trabalho de Beneficiamento Desaguamento