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1.1.2.1 Relatório de avaliação de capacidades operacionais dos
equipamentos da planta de lavagem MCR (PL´s)
17/05/13
Emissão inicial: 17/05/13Anderson Satini
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SUMÁRIO
1. OBJETIVO ................................................................................................................................. 03
2. METODOLOGIA ........................................................................................................................ 03
3. SCRUBBER ............................................................................................................................... 03
3.1 Revisão conceitual ................................................................................................................. 03
Tabela I – Dados técnicos scrubber ............................................................................................. 06
Tabela II – Dimensional scrubber LT 1528 da MCR .................................................................... 07
Tabela III – Tabela comparativa dados operacionais projeto x realizado na PL MCR ................ 08
Figura I – Efeito cascata dentro do scrubber ............................................................................... 07
Figura II – Efeito catarata dentro do scrubber .............................................................................. 10
4. PENEIRA ................................................................................................................................... 11
Tabela IV – Abertura telas planta lavagem MCR após parada relevante 2013 ........................... 11
Tabela V – Modelamento operacional peneira PL 01 .................................................................. 12
Tabela VI – Modelamento operacional peneira PL 03 ................................................................. 12
Tabela VII – Modelamento operacional peneira PL 01 ................................................................ 12
5. CONCLUSÃO ............................................................................................................................ 13
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1. Objetivo
O presente relatório tem por objetivo apresentar o diagnostico operacional da planta
de lavagem MCR atualizado, bem como apresentar a capacidade de alimentação dos
equipamentos principais que podem afetar a qualidade dos produtos gerados e a
discussão técnica das condições atuais de operação scrubbers.
2. Metodologia
Foram levantadas as capacidades operacionais dos scrubbers da PL 01 (modelo LT-
1528), peneiras de classificação a úmido da PL 01 (modelo 5020), PL 03 (modelo 4015) e
PL 03 (3 peneiras modelo 4015).
No primeiro relatório emitido o calculo de capacidade das peneiras foram calculados
pelo modelamento matemático de dimensionamento vibratório manual FAÇO. A nova
interpretação é baseada nas condições operacionais reais medidas e analisadas, ou seja,
onde foi monitorada a velocidade de peneiramento da carga sobre a peneira,
considerando a altura da camada na peneira, granulometria, densidade do sólido, etc.
Para os scrubbers adotou-se o mesmo método utilizado na emissão do 1º relatório,
ou seja, o tempo de residência foi calculado pela vazão de polpa que alimenta o scrubber
e o volume útil do mesmo, correlacionando com as variáveis e uma nova interpretação da
visão de processo.
3. Scrubber
3.1 Revisão conceitual
De acordo com Taggart (1945), o processo de escrubagem e efetivamente adesagregação por meio de forças relativamente leves, se comparada com os esforços
usuais em cominuição, porem suficientes para reduzir materiais razoavelmente moles e
inconsolidados, tais como argilas, ou para separar grãos unidos entre si por ligações
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brandas, geradas, por exemplo, na cimentação natural ocorrida com certos minérios ou na
precipitação de sais.
A escrubagem e normalmente realizada pela ação de atritar particulas duras e
grosseiras umas nas outras. Normalmente, a operçaão de escrubagem antecede a
operação de lavagem prorpriamente dita, mas em muitos casos ambas as ações são
desenvolvidas simultaneamente.
Os metodos e equipamentos a serem empregados dependem, fundamentalmente ,
do tipo de material, do tamanho de partículas e dos resultados pretendidos. Por exemplo,
o tratamento de partículas minerais grosseiras, contaminadas com argila, será muito mais
difícil quanto mais plástica e impermeável for a argila a ser desintegrada e removida. Por
outro lado, o tratamento de cascalhos contendo partículas roladas e lisas, levemente
cimentadas por argilas, pode ser realizado com relativa facilidade, por exemplo, sobre
peneiras vibratórias submetidas a fortes jatos de água.
As principais características do scrubber são as dimensões do cilindro (diâmetro e
comprimento) e a potência instalada, que é função de suas dimensões e variáveis
operacionais. As variáveis operacionais são o volume útil, geralmente expresso em
porcentagem do volume da câmara de escrubagem, a velocidade de rotação, tempo de
residência da polpa, altura das aletas de revolvimento e concentração de sólidos da polpa
alimentada. Se essas variáveis operacionais não forem respeitadas e determinadas em
função da performance operacional do minério em questão, a qualidade final do produto
obtido estará comprometido.
Em função da revisão conceitual apresentada é de suma importância que o scrubber
esteja dimensionado respeitando as seguintes variáveis de operação:
1. Concentração de sólidos na polpa: A relação entre massa de sólidos e a massa
de polpa é uma importante variável no processo de escrubagem. Assim como namoagem, a quantidade de água adicionada no minério no processo de escrubagem, afeta
não só a velocidade com que as partículas passam por dentro do scrubber , mas também
a viscosidade e a densidade de polpa e em conseqüência a ação mecânica da
desagregação entre partículas. Polpas excessivamente diluídas diminuem o tempo de
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residência das partículas na câmara do scrubber e, consequentemente, reduzem a
probabilidade das partículas serem desagregadas. A polpa excessivamente adensada
acaba por apresentar alta viscosidade, prejudicando o movimento rotativo das partículas,
chegando a impedir o rolamento da carga. Por isso uma concentração adequada de
sólidos é de fundamental importância para uma escrubagem eficiente.
2. Tempo de residência na câmara de escrubagem : É o tempo necessário para
que o minério tenha a desagregação adequada, bem como promova a eliminação de
arestas e pontos de fraqueza em relação à clivagem do minério. A escrubagem com o
tempo de residência adequado reduz sensivelmente o índice de geração de finos durante
o manuseio e transporte do minério (a geração de finos no minério é medido pela
determinação do índice de tamboramento e é uma variável medida pela siderurgia. Alto
índice de tamboramento é fator de reprovação de qualidade do lump).
3. Volume út il ocupado pela polpa: É determinado através do grau de enchimento
desejado no processo. O grau de enchimento é definido como sendo uma porcentagem
do volume interno do cilindro do scrubber . Para delimitar o volume útil, fundamental para o
cálculo do tempo de residência, usa-se um anel interno de aço na extremidade de saída
do equipamento com altura ajustável as necessidades de processo.
4. Vazão de polpa de alimentação : Influencia diretamente o tempo de residência
da polpa, ou seja, quanto maior a vazão de polpa de alimentação, menor o tempo de
residência e consequentemente a eficiência da escrubagem.
5. Velocidade de rotação do scrubber : Assim como acontece nos moinhos, a
velocidade de rotação dos scrubbers e geralmente referida como uma porcentagem da
velocidade crítica. A velocidade crítica é definida pelo diâmetro do scrubber de acordo
com a equação:
Onde:
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Vc e a velocidade crítica (rpm)
D e o diâmetro interno (m)
As faixas de velocidade de rotação são caracterizadas pela ação dinâmica da carga
requerida. A velocidade de rotação de scrubbers é geralmente muito menor, se
comparada com as de moinhos, uma vez que a atrição/ abrasão é o mecanismo normal
da escrubagem. Para se ter uma idéia os moinhos operam na faixa de 70% a 75% da
velocidade crítica, enquanto nos scrubbers tendem a trabalhar na faixa de 30% a 65%
(MILLER, 2004).
6. Altura das aletas de revolvimento do minério : O perfil do revestimento interno
afeta fortemente a trajetória das partículas. As aletas servem para elevar as partículas e,
portanto, adquirem uma maior energia potencial. Internamente, o scrubber e revestido deaço ou placas de borracha com aletas levantadoras (lifters) com ate mais de 200 mm de
altura em aço, ou de borracha em torno de 100 a 150 mm). Há uma tendência de
paronização para o uso de borracha no revestimento e barras levantadoras, devido a
menor geração de ruído, maior vida útil e manutenção mais simples (W&W3D, 2008).
É mostrado a seguir as especificações técnicas dos scrubbers mais utilizados no
processo de escrubagem:
Tabela I – Dados técnicos scrubber
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É mostrado a seguir as dimensões do scrubber LT 1528 utilizado nas plantas de
lavagem da MCR.
Tabela II – Dimensional scrubber LT 1528 da MCR
Em função das dimensões acima o volume útil do scrubber é de 0,88 m3 com
grau de enchimento de 18%. O tempo de residência para o scrubber LT 1528
trabalhando-se com 55% a 65% de sólidos será de 34s a 46s para uma taxa
máxima de 90 t/h conforme dados do fornecedor do equipamento. Para efeito de
análise e interpretação de processos i remos adotar a % de sóli dos em 55%.
A planta de lavagem da MCR e composta por:
2 scrubbers na PL 01 em paralelo;
1 scrubber na PL 03; 3 scrubbers em paralelo na PL 02;
O modelo utilizado na planta de lavagem da MCR e o LT – 1528 (1500 mm por 2800
mm). E mostrado a seguir as condições reais de operação dos scrubbers na MCR:
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Tabela III – Tabela comparativa dados operacionais projeto x realizado na PL MCR
Observando a tabela acima e analisando o tempo de residência de especificação
podemos concluir de forma unitária que a PL 01 e PL 03 estão trabalhando 127% abaixo
do tempo de residência necessário, ou seja, o tempo necessário seria de 34s e
atualmente opera com 15s para uma taxa média de alimentação de 600 t/h. A PL 02 está
trabalhando 89% abaixo do tempo de residência necessário, ou seja, o tempo necessário
seria de 34s e atualmente opera com 18s para uma taxa média de alimentação de 495 t/h.Porem analisando o sistema de forma completa podemos concluir que somando-se os
tempos de residência da PL 01, PL 03 e PL 02 temos um tempo total de residência de 33s
contra 34s recomendado pelo fabricante.
Analisando de forma ampla esses cenários podemos concluir que para a variável
tempo de residência global precisamos de 2 plantas de lavagem em série para manter o
tempo de residência mínimo especificado pelo fornecedor (33s somando as 2 plantas
contra 34s indicado pelo fornecedor). Para essa variável em questão ao se trabalhar com2 plantas em série e para manter o tempo de residência mínimo pedido pelo fornecedor
utilizamos praticamente o dobro de água e energia elétrica, reduzimos pela metade o
tempo de residência nos classificadores espirais e espessador de lamas e maior consumo
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de floculante devido a baixa % de sólidos presente na lama, sendo necessário uma maior
dosagem desse reagente para melhor interação partícula-floculante.
Outro fator muito importante na eficiência e eficácia do processo de escrubagem e a
velocidade crítica de trabalho. Calculando-se a velocidade crítica dos scrubbers existêntes
na PL chegamos a 34 rpm. Porem conforme recomendado pelo fabricante e pelo
processo de escrubagem a velocidade crítica deve estar entre 30% a 65%, onde a
velocidade máxima crítica de trabalho seria 22 rpm (65% de Vc). Atualmente os scrubbers
da PL MCR trabalham com praticamente 100% de Vc (34 rpm).
Quais as consequencias de se trabalhar com a velocidade crítica em 100%?
Quando o scrubber trabalha com velocidade crítica em 100% perdemos o efeito
cascata e catarata, bem como ocorre a centrifugação da carga. A função do efeito cascataé promover o alcance da carga a uma certa altura e posteriormente que essas rolem
sobre as outras havendo a limpeza das partículas por abrasão e atrito. Nesse regime a
ocorre a limpeza das particulas.
Figura I – Efeito cascata dentro do scrubber
A função do efeito catarata e promover a elevação da carga até uma certa altura
onde a mesma cai sobre as demais eliminando as arestas das partículas e/ou reduzindoos pontos de menor fraqueza em relação a sua clivagem. Nesse regime ocorre a geração
de sinter feed devido a degradação.
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Figura II – Efeito catarata dentro do scrubber
Para um regime adequado de escrubagem recomenda-se que o scrubber trabalhe
em equilibrio nos regimes cascata e catarata. Porem quando há centrifugação da carga
devido a operação em 100% da velocidade crítica, além de acelerar o processo dedesgaste dos componentes (acionamento, transmissão, pneus, pista de rolamento, etc) o
scrubber trabalha em “balanço”, ou seja, quando a carga se desprende do topo do
scrubber , ele promove o balanço vai e vem do equipamento. Outros fatos operacionais
inadequados podem ser observados nos scrubbers da planta de lavagem MCR como
descarga por calha coletora e não por overflow, ausência de aletas inclinadas que
possibilitem o transporte para a descarga do equipamento, etc.
É mostrado a seguir fotos das condições ideais de operação doscrubber
Descarga por overflow
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4. Peneira
Atualmente a PL 01 possui uma peneira modelo 5020, a PL 03 uma peneira modelo
4015 e na PL 02 3 peneiras modelo 4015. A análise operacional e de processos aplicada
para essas peneiras já e baseada na nova configuração de tela que será instalada na
próxima parada relevante a ser realizada em 2013, sendo:
Tabela IV – Aberturas telas planta lavagem MCR após parada relevante 2013
Em função da área de peneiramento disponível por deck (m2) em cada peneira e a
velocidade de peneiramento de cada uma chegamos a seguinte relação mostrada a
seguir:
Aletas de revolvimento e transporte da carga
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Tabela V – Modelamento operacional peneira PL 01
Tabela VI – Modelamento operacional peneira PL 03
Tabela VII – Modelamento operacional peneira PL 02
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Baseado nas tabelas V a VII cocluímos que podemos alimentar as peneiras da PL
01 mais PL 03 com 679 t/h (416 t/h na PL 01 e 262 t/h na PL 03) e nas peneiras da PL 02
podemos alimentar um total de 750 t/h (250 t/h por peneira). Foram considerados para a
capacidade de peneiramento a % de área livre nas telas e eficiencia de peneiramento.
Observação:
As taxas de projeto e operacional citadas acima não tem relação direta com a
capacidade dos scrubbers, ou seja, apesar das peneiras possibilitarem uma taxa de
alimentação de 679 t/h, os scrubbers não tem essa capacidade conforme demonstrado
anteriormente.
5. Conclusão
Baseado na análise técnica e operacional e revisão de literaturas pertinentes ao
processo de escrubagem podemos concluir que a concentração de sólidos na polpa,
tempo de residência na câmara de escrubagem, volume útil ocupado pela polpa, vazão de
polpa de alimentação, velocidade de rotação do scrubber e a altura das aletas de
revolvimento do minério influenciam de forma direta na qualidade do produto escrubado
em especial a vazão de polpa que determina o tempo de residencia do processo e a
velocidade crítica de rotação do scrubber .
A influência do tempo de residência interfere diretamente na limpeza da superficie
da partícula e a velocidade influencia nos regimes cascata e catarata, onde o minério não
sofre as interações da força de atrição e impacto necessárias para a degradação das
partículas em sentido às zonas de fraqueza em funçao de sua clivagem. Um material mal
escrubado gera grande quantidade de finos em seu manuseio e transporte e não
apresenta grande eficiência de limpeza das mesmas.
Atualmente os scrubbers da planta de lavagem da MCR trabalham muito acima da
capacidade de projeto no que se refere a taxa de alimentação, apesar dos mesmos terem
sido repotenciados para a admissão dessa massa. A grosso modo podemos dizer que os
scrubbers atualmente trabalham como “caixa de passagem” e não realiza a operação
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para o qual e concebido. Aumentar a capacidade desses equipamentos até é possivel do
ponto de vista mecânico, porém uma catastrofe do ponto de vista de Processos. Como a
qualidade é uma característica essencial ao nosso produto, o ideal e que o esses
equipamentos trabalhem dentro da margem operacional concebida em projeto.
Atualmente gasta-se muita água nas plantas de lavagem devido a mesma estar
trabalhando acima da capacidade de projeto, sendo necessário 2 plantas em série para o
alcance da qualidade de produto final, ocasionado quebras frequentes desses
equipamentos e perda de disponibilidade fisica e utilização.
Conceitualmente sugere-se que seja estudado rotas alternativas mais adequadas
para o processo de lavagem industrial como realizar peneiramento a úmido da
alimentação da planta de lavagem e posterior alimentação do scrubber com o oversize
gerado. Nessa rota operacional promove-se uma maior interação entre as partículas e a
redução da formação de “colchão de amortecimento” formado dentro dos scrubbers em
função dos finos presentes.
Sugere-se tambem que seja realizado um trabalho de pesquisa referente a condição
ideal do tempo de escrubagem varrendo tadas as variáveis que influênciam nesse
processo e em função da tipologia da jazida. Esse trabalho pode ser realizado em escala
de laboratório através de estudo fatorial.
Apesar das peneiras da PL 01 e PL 03 apresentarem uma capacidade global de 679
t/h, os scrubbers não tem condições de absorver maior taxa, ou melhor, desde que seja
repotenciados, porem com perda de qualidade.
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