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Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro PretoMINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO E DO DESPORTO Programa de Pós^ Departamento de Engenharia de Minas-Graduação em Engenharia Mineral – PPGEM
JIGAGEM DE MINÉRIOS ITABIRÍTICOS
Autor: HEMERSON OLÍMPIO BARCELOS
Orientador: Prof. Dr. CARLOS ALBERTO PEREIRA
Dissertação apresentada ao Programa de Pós- Graduação do Departamento de Engenharia de Minas da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto, como parte integrante dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia de Minas.
Área de concentração: Tratamento de Minérios
OURO PRETO
Agosto/
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AGRADECIMENTOS
À Deus pela saúde, força por me permitir terminar esse trabalho;
À minha mãe e meu pai pelas orações e por entender pelas minhas ausências;
A meus familiares por todo apoio;
A todas as pessoas que tem um lugar especial em meu coração e que torcem por mim sempre;
Ao professor Carlos Alberto Pereira pela orientação, amizade e paciência;
Aos técnicos do laboratório de Tratamento de Minérios do DEMIN pela disponibilidade;
Ao Departamento de Engenharia de Minas da UFOP pela estrutura e equipamentos;
Ao Departamento de Mineração do Instituto Federal Minas Gerais – Ouro Preto por ter autorizado a utilização do Laboratório de Beneficiamento de Minérios.
Ao professor Oscar Vitor Fernandes, chefe do Departamento de Mineração do IFMG – OP, pela autorização e ao técnico Édson que muito colaborou para realização dos experimentos.
Aos meus amigos que sempre estiveram próximos nessa caminhada em especial ao Édson, José Maria, Ronaldo e Leandro.
À Vale, unidade do Brucutu, pelas amostras e análise dos resultados;
A todos os funcionários do Brucutu que mostraram disposição em ajudar na realização desse trabalho.
À Republica Tigrada por sempre estar ao meu lado;
Aos amigos da PPGEM pelo clima de ajuda e companheirismo.
iv
SUMÁRIO
Dedicatória .................................................................................................................. ......ii
Agradecimentos ............................................................................................................... iii
Sumário ............................................................................................................................ iv
Lista de Figuras ............................................................................................................... vii
Lista de Tabelas ............................................................................................................... ix
Lista de Siglas e Abreviaturas ................................................................................... .......x
Resumo ........................................................................................................................... xii
Abstract .......................................................................................................................... xiii
Introdução ..................................................................................................................... 1
Objetivos e Justificativas .............................................................................................. 2
Revisão Bibliográfica ................................................................................................... 3
3.1) Movimento da Partícula em um Fluido ................................................................. 3 3.2) Princípios de Classificação e Concentração .......................................................... 3 3.3) Princípios de Concentração Gravítica.................................................................... 9
3.4) Fundamentos Teóricos Sobre a Jigagem ............................................................. 13 3.4.1) Teoria Hidrodinâmica da Jigagem ................................................................ 13 Classificação Por Queda Retardada ......................................................................... 14 Aceleração Diferencial no Início da Queda ............................................................. 15 Consolidação Intersticial no Fim da Queda............................................................. 16 3.4.2) Teoria de Energia Potencial .......................................................................... 17
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LISTA DE TABELAS
Tabela III.1 Correlação entre o critério de concentração e a granulometria de aplicabilidade da concentração gravítica. (Peres et al.; 2000).................
Tabela III.2 Tipos de jigues ........................................................................................
Tabela IV.1 Produtos da Concentração do Brucutu.....................................................
Tabela V.1 Variáveis e seus níveis de operação.........................................................
Tabela V.2 Sequência e valores das variáveis empregadas em cada ensaio...............
Tabela VI.1 Distribuição granulométrica da amostra principal...................................
Tabela VI.2 Resultados obtidos por planejamento fatorial (Recuperação de Ferro)........................................................................................................
Tabela VI.3 Resultados obtidos Algoritmo Inverso de Yates (Recuperação de Ferro)........................................................................................................
Tabela VI.4 Resultados obtidos por planejamento fatorial (Distribuição da Sílica).......................................................................................................
Tabela VI.5 Resultados obtidos Algoritmo inverso de Yates (Distribuição da Sílica).......................................................................................................
Tabela VI.6 Resultados obtidos por planejamento fatorial (Índice de Seletividade).............................................................................................
Tabela VI.7 Resultados obtidos Algoritmo inverso de Yates (Índice de Seletividade).............................................................................................
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LISTA DE SIGLAS E ABREVIATURAS
R – força de resistência do fluido (N); Q – coeficiente de resistência (adimensional); ρf – densidade do fluido (kg/m^3 ); ρs – densidade do sólido (kg/m^3 ); Vr – velocidade relativa partícula-fluido (m/s); Ac – área projetada da partícula na direção do movimento relativo (m^2 ); Rep – Números de Reynolds da partícula; Vt – velocidade terminal (m/s); dp – diâmetro da partícula (m); da – diâmetro da partícula "a" (m); db – diâmetro da partícula "b" (m); δa – densidade da partícula "a" (t/m^3 ); δb – densidade da partícula "b" (t/m^3 ); μf – viscosidade do fluido (kg/ms); ψ – fator de área superficial (esfericidade da partícula); dv – diâmetro de uma esfera que tenha o mesmo volume da partícula (m); ds – diâmetro de uma esfera que tenha a mesma área da partícula (m); g – aceleração da gravidade (m/s^2 ); FRV – força de resistência viscosa (N); d – diâmetro da partícula (m); μf – viscosidade absoluta do fluido (kg/ms); FRF – força de resistência de forma (N); ρ – densidade absoluta do fluido (t/m^3 ); δ – densidade absoluta da partícula (t/m^3 ); RSQL – razão de sedimentação em queda livre; n – coeficiente para condição de Newton ou Stokes; Cc – critério de concentração; ρD – densidade do minério denso; ρL – densidade do minério leve; ρF – densidade do meio fluido.
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RESUMO
Os objetivos principais deste trabalho foram planejar, executar e analisar os resultados de uma campanha de ensaios de concentração de minerais em um jigue. O programa de ensaios permitiu a análise da influência de variáveis operacionais do equipamento no desempenho metalúrgico do processo de concentração. Para tanto foi selecionada a alimentação da operação de concentrado de minérios itabiríticos. O método de trabalho consistiu na caracterização tecnológica da alimentação e execução dos ensaios de concentração de jigue DECO, modelo A– 173 – A, variando três parâmetros principais: a granulometria da alimentação, o tipo de seixos que compõem o leito e a massa do leito. Os resultados foram analisados em termos de recuperação e enriquecimento do ferro, além do teor da sílica, principal contaminante dos concentrados. Analisando os resultados da campanha de ensaios pode-se verificar valores significativos de recuperação e enriquecimento do ferro, bem como uma redução da sílica nos concentrados obtidos.
Palavras-chaves : Minério de ferro, concentração gravítica, jigagem.
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ABSTRACT
The main objectives of this study were to plan, execute and analyze the results of several minerals concentration tests in a jig. The program of tests utilized allowed to analyze the influence of operating variables in the performance of the equipment of the metallurgical in concentration process. On this study we had select itabiritic ores for both operating power of concentrated. The working method is consisted in the characterization of technological power and perform tests of concentration DECO jig, model A-173-A, varying three parameters: the size of the food, the kind of pebbles that make up the bed and the mass of the bed. The results were analyzed in terms of recovery and iron enrichment. Moreover the silicon concentration was analyzed too because that composite is the main contaminant of concentrates. Analyzing the results of the testing campaign can be observed significant values of recovery and enrichment of iron, as well as a reduction of silica in the concentrates obtained.
Keywords: Iron ore, gravity concentration, jig.
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2) OBJETIVOS E JUSTIFICATIVAS
Com a introdução da flotação na mineração, no início do século XX, a concentração gravítica perdeu sua posição de destaque, mas ainda sim permanecendo como o método de concentração mais usado, ou seja, é o método mais empregado em tonelagem de minério tratado. É o processo mais barato de concentração mineral, pois apresenta alta capacidade de processamento com baixo custo de investimento e operação. Permite a utilização no intervalo mais amplo de tamanhos de partículas que qualquer outro processo de concentração.
As crescentes restrições ambientais também favoreceram o interesse na concentração gravítica, pois estes métodos produzem pouca poluição ao meio ambiente quando comparados com os demais, uma vez que esse método não utiliza reagentes químicos, sem falar no alto custo que os mesmos representam para o processo.
Pelo exposto anteriormente, os objetivos principais deste trabalho foram planejar, executar e analisar os resultados de uma campanha de ensaios de concentração de minerais em um jigue.
As investigações tiveram por meta estabelecer o desempenho metalúrgico tanto em termos de recuperações como de enriquecimento.
Este trabalho se justifica no fato que o conhecimento das variáveis bem como a interação das mesmas que podem influenciar na concentração do jigue, pois cada variável não age de maneira isolada no sistema.
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3) REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
Este capítulo apresenta uma revisão da literatura técnica sobre a concentração densitária a qual é o tema desta dissertação. Inicia-se com uma apresentação geral do conceito de concentração gravítica seguida pelos mecanismos de separação e os principais tipos de jigues existentes no mercado. Finalmente são apresentadas as principais fontes do minério de ferro e sua forma de concentração densitária.
3.1) Movimento da Partícula em um Fluido
O movimento da partícula imersa em um fluido está em função de uma série de variáveis como tamanho, forma, densidade, velocidade, resistência oferecida pelo fluido, interação com outras partículas e até mesmo com as paredes do equipamento.
Os estudos iniciais de sólidos se deslocando em um meio fluido foram desenvolvidos tendo-se por base o movimento de partículas esféricas em queda livre. Esse movimento é quantificado considerando a velocidade com que as partículas atravessam o meio fluido, sendo a água o meio mais utilizado. O movimento em queda livre refere-se ao movimento da partícula imersa em um fluido que, sob a ação da gravidade, tende a percorrer uma distância teoricamente infinita.
A concentração densitária é governada pela diferença de velocidade de sedimentação a que estão sujeitas as partículas quando mergulhadas num meio fluido. O movimento de uma partícula num fluido é o resultado do conjunto de forças que agem em diferentes sentidos (Foust et al., 1982).
3.2) Princípios de Classificação e Concentração
O movimento de partículas em um fluido é de extrema importância em praticamente todos os métodos de concentração. Assim, os princípios gerais que regem as forças a que estão sujeitas as partículas em movimento num fluido são
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Como foi dito anteriormente a força de resistência é constituída por duas componentes: a resistência de forma, que é do tipo inercial, e a resistência à fricção, do tipo viscosa.
A resistência de forma tem origem na assimetria da distribuição de pressão do fluido sobre as duas faces opostas da partícula, criando uma componente de direção do fluxo, com sentido contrário ao movimento da partícula.
A resistência à fricção é função da viscosidade do fluido. No movimento relativo entre a partícula e o fluido é gerada uma força de cisalhamento na superfície da partícula, resultando também numa componente na direção do fluxo, mas com sentido contrário, conforme apresentado esquematicamente na figura 3.2.
Figura 3.2 – Detalhamento das forças de resistência (Tavares, 2002).
A predominância de uma das componentes da força de resistência depende do tipo de regime de escoamento ao qual a partícula está submetida (Concha e Almendra, 1979).
A velocidade de queda da partícula influencia na natureza da resistência do fluido indicando qual é o regime atuante. Todavia, independente do regime predominante, a aceleração da partícula tende a decrescer e a velocidade terminal (Vt) é sempre alcançada. O critério para se determinar qual o regime dominante
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durante o movimento do fluido é dado pela equação (3.2) conhecida como número de Reynolds.
Re (^) p (3.2) f
f Vtdp
Embora tenha sido definido para caracterizar os tipos de regime de fluxo em dutos, o número de Reynolds pode, de forma similar, caracterizar qualquer sistema de fluxo usando uma característica adequada para tal, como por exemplo, tamanho, velocidade, densidade e viscosidade. Cada sistema de fluxo terá seus próprios valores de Rep (número de Reynolds) para caracterizar a mudança das condições laminares para turbulentas (Kelly e Spottiswood, 1982).
Quanto à forma, as partículas minerais são, via de regra, não esféricas, apresentando formas irregulares, reentrâncias que influenciam seu movimento em fluidos. A forma da partícula afeta muito a velocidade de sedimentação de partículas grandes e muito pouco a de partículas finas. No tratamento de minérios, torna-se necessário realizar uma correção do número de Reynolds através do fator de área superficial (também chamado de esfericidade da partícula), ψ, que foi proposto por Wadell (1934) apud Gaudin (1939) e dado pela equação (3.3).
ψ (3.3)
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s
v d
d
Para velocidades mais baixas, o movimento é suave uma vez que a camada do fluído que está em contato com a partícula se move juntamente com ela, enquanto o restante do fluido permanece imóvel. Este tipo de escoamento é denominado regime laminar (Rep < 0,5). A velocidade terminal da partícula (Vt) dada pela equação (3.4) é conhecida como Lei de Stokes, que de acordo com Lins (2004), é particularmente útil para a análise de movimento de partículas de diâmetros inferiores a 0,1 mm.
