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SEPARAO MAGNTICA DE UM
REJEITO DE CONCENTRAO DE MINRIO DE
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QUE
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SUMRIO
1 INTRODUO ................................................................................................................................. 1
2 OBJETIVO........................................................................................................................................ 3
3 REVISO BIBLIOGRFICA ................................................................................................................ 4
3.1 CONCEITOS SOBRE MAGNETISMO .................................................................................................. 5
3.1.1 Campo magntico ............................................................................................................. 63.1.1.1 Intensidade .............................................................................................................................. 7
3.1.1.2 Gradiente ................................................................................................................................. 8
3.2 MAGNETIZAO ........................................................................................................................ 9
3.2.1 Susceptibilidade e Permeabilidade Magnticas ................................................................10
3.2.1.1 Histerese ................................................................................................................................ 13
3 2 1 2 A t i l 14
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4.2 METODOLOGIA.........................................................................................................................38
4.2.1 Determinao da densidade .............................................................................................38
4.2.2 Caracterizao granulomtrica ........................................................................................39
4.2.3 Caracterizao qumica ....................................................................................................40
4.2.4 Caracterizao por separao magntica .........................................................................40
4.2.4.1 Ajuste do equipamento ...................................................... ................................ .................... 42
5 APRESENTAO E DISCUSSO DE RESULTADOS ............................................................................45
5.1 CARACTERSTICAS GRANULOMTRICAS ...........................................................................................45
5.2 CARACTERSTICAS QUMICAS ........................................................................................................47
5.3 SEPARAO MAGNTICA ............................................................................................................48
6 CONCLUSES .................................................................................................................................50
7 REFERNCIAS 52
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LISTA DE FIGURAS
FIGURA 1TIPOS DE CAMPO MAGNTICO. ....................................................................................................................... 7
FIGURA 2CURVA DE MAGNETIZAO E PERMEABILIDADE RELATIVA DO FERRO CONVENCIONAL. ..................................................11
FIGURA 3RELAO ENTRE INDUO MAGNTICA E CAMPO DE FORAS PARA SUBSTNCIAS FERROMAGNTICAS. .............................12
FIGURA 4CURVA DE HISTERESE DE UM MATERIAL FERROMAGNTICO. ..................................................................................14
FIGURA 5EQUIPAMENTO DE SEPARAO MAGNTICA TUBO DAVIS PARA MEDIO DO TEOR DE MATERIAL FERROMAGNTICO. ..........21
FIGURA 6RVORE DE DECISO QUANTO AO TIPO DE SEPARADOR MAGNTICO. .......................................................................24
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LISTA DE TABELAS
TABELA IATRAO MAGNTICA RELATIVA DE MINERAIS COMUNS........................................................................ 15
TABELA IIAPLICAES DA SEPARAO MAGNTICA. ........................................................................................ 16
TABELA IIICARACTERSTICAS MINERAIS E DO EQUIPAMENTO DE SEPARAO MAGNTICA. ......................................... 23
TABELA IVCARACTERIZAO DOS TIPOS COMUNS DE MATRIZ PARA SEPARADOR MAGNTICO A MIDO DE ALTA INTENSIDADE
................................................................................................................................................... 27
TABELA V
RELAO DOS MINERAIS PRESENTES NA JAZIDA MSF. ......................................................................... 37TABELA VIDESCRITIVO DOS MINERAIS PRESENTES NA JAZIDA MSF. ..................................................................... 37
TABELA VIIEXPERIMENTOS EM LABORATRIO COM SEPARADOR MAGNTICO......................................................... 43
TABELA VIIIRESULTADOS DE DISTRIBUIO GRANULOMTRICA DO MINRIO PIRROTITA. ........................................... 45
TABELA IXCONFERNCIA DA DISTRIBUIO GRANULOMTRICA DO REJEITO ........................................................... 45
TABELA XCARACTERIZAO QUMICA DE REJEITO DA MSF.. .............................................................................. 47
T A1 M 54
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RESUMO
O presente trabalho avaliou a separao magntica como rota de
reaproveitamento para o rejeito da etapa de concentrao do minrio de nquel,
o qual proveniente da Minerao Serra da Fortaleza MSF em Fortaleza de
Minas/MG. O material de estudo apresentou-se em forma de polpa que foi
devidamente manipulada para a obteno de amostras representativas noLaboratrio de Tratamento de Minrios LTM do Departamento de Engenharia
de Minas DEMIN da Universidade Federal de Ouro Preto UFOP.
A metodologia experimental foi baseada num planejamento de
experimentos, usando o software MINITAB, em que se elegeram: intensidade
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Analisando-se os dados de massa dos fluxos, viu-se que nveis mais
altos de intensidade de campo magntico favoreceram a coleta das espcies
ferro e paramagnticas; j o fluxo no-magntico mostrou preferncia por
campos mais baixos. Em termos de percentagem de slidos e de superfcie da
matriz, os dois fluxos exibiram concordncia apenas quanto a primeira varivel:
alimentaes mais ricas em slidos favoreceram maiores valores de massa.
Em geral, a anlise feita com os dados obtidos mostra uma tendncia,
embora no bem definida, em funo de insuficincia de dados, erros
operacionais, devido a no-padronizao de parmetros de controle, como
forma de alimentao do separador, tempo de ensaio, controle da gua de
l Al di l b lh d di i d
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1 INTRODUO
A recuperao de rejeitos na indstria mnero-metalrgica prtica usual, de
modo que os requisitos de sustentabilidade do negcio sejam respeitados. Nesse
contexto, empregam-se os processos de concentrao mineral que se baseiam nas
propriedades diferenciadoras das espcies minerais presentes, tais como a
densidade, caractersticas de superfcie, tamanho, etc.. Dentre esses processos,
destaca-se no presente estudo o que se baseia na susceptibilidade magntica das
partculas minerais separao magntica.
A separao magntica, muitas vezes chamada concentrao magntica,
distino desnecessria sob o ponto de vista dos princpios do mtodo, uma
tcnica de concentrao, em que as partculas do material so submetidas a aode um campo magntico, sendo dispostas no mesmo a seco ou a mido; a
colocao dessas partculas nas classes magntica e no-magntica uma funo
das susceptibilidades magnticas individuais das mesmas. Dentro da classe
magntica (ferro ou paramagntica), situa-se o material do presente trabalho
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Deste modo, define-se o objetivo principal do trabalho aqui tratado: estudar a
separao magntica como rota de aproveitamento de um rejeito de minrio de
nquel. Como procedimento experimental, contemplou-se um esquema de
caracterizao qumica, granulomtrica e tecnolgica, onde essa ltima foi
representada pelos ensaios em separador magntico em escala de laboratrio.
Esses ensaios de caracterizao foram, primariamente, traados para serem
executados nas instalaes da Universidade Federal de Ouro Preto UFOP.
Os resultados obtidos com este levantamento podero integrar uma base de
conhecimento terico para o processamento mineral de minrio de nquel, via
separao magntica, priorizando o controle de variveis operacionais importantes
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2 OBJETIVO
Planejar, executar e analisar os resultados de ensaios em escala de
laboratrio de separao magntica de rejeito da etapa de concentrao de minrio
de nquel proveniente da Minerao Serra da Fortaleza MSF.
Da forma como o programa de ensaios foi executado, viabilizou-se a anlise
da influncia de variveis operacionais no desempenho da concentrao magntica.
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3 REVISO BIBLIOGRFICA
Neste captulo, apresenta-se uma breve reviso bibliogrfica sobre
separao magntica que o mtodo de concentrao considerado no presente
estudo para o minrio pirrotita. Inicialmente, faz-se um resumo dos conhecimentos
bsicos sobre magnetismo, passando ao conceito de concentrao magntica,
identificao dos mecanismos de separao e os principais equipamentos
empregados nessa tcnica de separao. Nesta reviso so abordadas ainda as
caractersticas principais do minrio pirrotita, j que constitui o material de trabalho.
A escolha do mtodo adequado para a concentrao de minerais contidos
num minrio depende, dentre outros fatores, da granulometria de liberao e da
propriedade diferenciadora entre os minerais de interesse e os de ganga.
Os principais mtodos de concentrao baseiam-se nas seguintes
propriedades: densidade, susceptibilidade magntica, condutividade eltrica
superficial e molhabilidade. De acordo com a propriedade diferenciadora
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3.1 Conceitos sobre Magnetismo
Define-se Magnetismo como o ramo da Fsica que estuda os materiais
magnticos - materiais capazes de atrair ou repelir outros, (Lage, 2010).
Quando submetida ao de um campo magntico, qualquer substncia
responder de alguma maneira, e esta ltima ser determinada por sua
susceptibilidade magntica. Baseando-se nessa propriedade, os materiais podem
ser classificados em duas categorias principais:
materiais paramagnticos - so fortemente atrados pelo campo magntico,
direcionando-se aos pontos de maior intensidade deste campo. Como exemplos de
minerais paramagnticos que podem ser concentrados em separadores de altaintensidade, tem-se: ilmenita, rutilo, wolframita, monazita, siderita, pirrotita, cromita,
hematita, e vrios minerais de mangans, (Oliveira, 2010);
materiais diamagnticos - so repelidos ao longo das linhas de foras do campo
magntico, voltando-se para o ponto onde a intensidade desse campo menor.
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Conforme a susceptibilidade magntica, distinguem-se trs classes de
materiais: ferromagnticos, paramagnticos e diamagnticos. Materiais classificadoscomo ferromagnticos, como o caso da magnetita (Fe3O4), so atrados,
fortemente, ao longo das linhas de fora de um campo magntico, onde o campo
tem maior intensidade. J os materiais paramagnticos so os fracamente atrados
ao longo das linhas de fora de um campo magntico, como o exemplo da
hematita (Fe2O3). Os materiais diamagnticos, tais como o quartzo, a barita, afluorita, etc., exibem susceptibilidade magntica negativa, sendo repelidos sob a
ao de um campo magntico, (Sampaio et alli., 2010).
3.1.1 Campo magntico
O campo magntico ou, mais exatamente, seus efeitos so conhecidos
desde pocas muito antigas, quando foram observados, pela primeira vez, os efeitos
da magnetita um m permanente encontrada em forma natural. A descoberta das
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(1)
No vcuo, a permeabilidade magntica assume o valor igual a 0, e sob
essa condio, e diferem pelo fator de proporcionalidade (). Assim, conformeSampaio et alli. (2010), as duas grandezas so chamadas, indistintamente, como
campo magntico.
3.1.1.1 Intensidade, (Lage, 2010), (Oliveira, 2010)
A natureza do campo magntico tem influncia na separao dos diferentes
tipos de minerais. A aplicao em escala contnua da separao magntica s foi
possvel quando se produziu um campo magntico convergente, para o qual fluem
as partculas com maior susceptibilidade magntica (Figura 1).
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magntica. Com baixa intensidade de campo, separam-se os minerais com elevadas
susceptibilidade, e os que exibem valores mais baixos desse parmetro soseparados em campos de alta intensidade.
Em geral, o controle da intensidade de campo magntico feito com o
emprego de eletroms, variando a corrente eltrica. Para alguns concentradores,
pode-se variar o campo mediante ajuste prvio da distncia entre os plos. J os
separadores de ms permanentes no apresentam maiores flexibilidades variao
da intensidade de campo comparado queles equipamentos convencionais com
eletroms.
3.1.1.2 Gradiente, (Oliveira, 2010)
O gradiente de campo magntico pode ser estabelecido pela construo de
um plo de eletrom com a rea bem menor que a do plo oposto, ou ainda pela
utilizao de matrizes entre os plos do eletrom.
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magnetismo residual: condio assegurada pelo material de fabricao da matriz.
Quando essa estrutura retm quantidade significativa de magnetizao, torna-seimpossvel a remoo das partculas magnetizadas.
3.2 Magnetizao
Toda matria se compe de tomos, e esses por sua vez se constituem de
eltrons em movimento. Cada um desses circuitos de eltrons pertence a um s
tomo, recebendo o nome de corrente atmica. Dessa forma, definem-se duas
espcies de corrente capazes de produzir campos magnticos: i) convencional
relacionada com o movimento de eltrons livres ou de ons carregados; ii) atmicade carter puramente circulatrio, no transportando cargas.
Considera-se cada corrente atmica um pequeno circuito fechado com
dimenses atmicas, e assim sendo apropriadamente descrita como um dipolo
magntico. Nesse contexto, destaca-se o momento magntico desse dipolo que,
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Diferentemente de Sampaio et alli. (2010) ao definir magnetizao como
vetor densidade de corrente de magnetizao, Reitz et alli. (1982) afirmou emsua fundamentao que uma das derivadas rotacionais de mas que,macroscopicamente, todos os efeitos magnticos devidos matria podem ser
descritos em termos de ou de:
(4)
3.2.1 Susceptibilidade e Permeabilidade Magnticas
Admite-se que a susceptibilidade magntica (K) e a permeabilidademagntica () so constantes caractersticas dos materiais. Essa afirmativa constitui
uma verdade se a medio executada sob intensidade de campo definida;
contudo, estar longe de ser uma verdade, caso as medies sejam realizadas em
intensidades distintas de campo, (Arruntegui).
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Figura 2 Curva de magnetizao e permeabilidade relativa do ferro convencional
(estado recozido), (Reitz et alii., 1982).
Para se resolver problemas da teoria magntica, essencial haver uma
relao entre e , tal como indicado pela equao (1), ou de forma equivalente,
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No contexto acima, Oliveira (2010) detalhou que para os materiais
paramagnticos, k no ultrapassa o valor de 10-3, enquanto que para osdiamagnticos, k usualmente menor (em mdulo) que 10-5; j a susceptibilidade
magntica de um material ferromagntico, segundo esse autor, depende do campo
de magnetizao, da natureza do material e manuseio da amostra.
A dependncia da permeabilidade magntica com a intensidade do campo,
no caso dos materiais ferromagnticos, explicada por Arruntegui como sendo
uma funo do tipo de tratamento trmico ou da composio do material, e no do
valor de saturao da induo. Ao analisar o diagrama x (Figura 3), o autormostrou ainda que a relao entre essas grandezas magnticas no a mesma
para todas as substncias, considerando-se os efeitos do campo sobre . As
substncias fracamente magnticas no manifestam tais mudanas em
permeabilidade em funo do campo, como acontece com as ferromagnticas.
Segundo Arruntegui, isso no conhecido seja porque as substncias
paramagnticas, intrinsicamente, no sofrem os efeitos ou a faixa de
experimentao no tem sido conduzida para campos adequados. Logo, assume-se
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3.2.1.1 Histerese, (Reitz et alli., 1982)
Analisando-se o comportamento de uma amostra no magnetizada de
material ferromagntico, segundo a Figura 3, nota-se que a intensidade magntica
( e ), inicialmente nula, elevando-se monotonicamente, desenvolver a relao B H vista na equao (1). A permeabilidade mxima (mx.) ocorrer no joelho da
curva, sendo que para alguns materiais da ordem de 10
5
o (o permeabilidadeno vcuo); j em outros materiais, mx. muito menor.
Ao se considerar uma amostra magnetizada de material ferromagntico, se a
intensidade magntica () for diminuda, a relao B H no retornar pela curvadada na Figura 3, mas sim se deslocar ao longo da nova curva da Figura 4 at o
ponto r. Uma vez estabelecida, a magnetizao no desaparecer com a remoo
de . Na realidade, ela tomar uma intensidade magntica invertida, de modo quese reduza a magnetizao a zero.
Se continuar a aumentar, a magnetizao ( ) e a induo ( ) se
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Figura 4 Curva de histerese de um material ferromagntico, (Reitz et alli., 1982).
3.2.1.2 Aspecto mineral
Segundo Arruntegui, os dados existentes de susceptibilidade e de
permeabilidade magnticas dos minerais no so aproveitveis, devido a: i) grande
influncia exercida pelas impurezas presentes - mecanicamente retidas nos gros
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Um exemplo do aspecto tratado acima a presena de slica (SiO 2) ou
alumina (Al2O3) em concentrados ricos em magnetita que reduzem o desempenhodos equipamentos separadores, como o Tubo Davis.
Tabela I Atrao magntica relativa de minerais comuns, (Lima, 2012).
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3.3 Concentrao magntica
Embora seja um mtodo consagrado na rea de processamento mineral
para a concentrao de muitas substncias minerais, comum, na indstria em
geral, a distino entre separao magntica e concentrao magntica. O
primeiro termo associado s aplicaes de retirada do rejeito magntico, sendo de
interesse o fluxo no magntico. J o termo concentrao magntica utilizado
nas situaes, em que o produto til constitudo pelo fluxo de minerais
ferromagnticos e/ou paramagnticos. No entanto, essa distino desnecessria,
sob o ponto de vista dos princpios do mtodo, (Lage, 2010).
A separao magntica pode ser classificada em 4 categorias, dependendo
do meio utilizado e da intensidade de campo magntico: i) separao magntica aseco; ii) separao magntica de baixa intensidade; iii) separao magntica a
mido, e iv) separao magntica de alta intensidade, (Sampaio et alli., 2010). Essa
concentrao feita a seco empregada, em geral, para granulometria grossa,
enquanto que a presena de partculas mais finas exige a adoo do meio mido
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3.3.1 Mecanismos
O fenmeno que governa a separao magntica relaciona-se com duas
questes principais: i) o comportamento das partculas de minerais diferentes
quando expostas a um mesmo campo magntico; ii) a intensidade da fora
magntica que atua sobre as partculas dos minerais.
Na situao inicial podem ser observadas as respostas das partculas dos
diferentes minerais ao campo magntico a elas aplicado, resultando em
comportamentos atrativos ou repulsivos das mesmas pelo campo. Na Figura 3
anterior foi visto que, para o caso dos materiais ferromagnticos como a magnetita,
a resposta da induo com o campo rpida; na situao de materiais
paramagnticos, a induo magntica menos acentuada.
A questo que envolve a fora magntica relaciona-se com o tipo de campo
magntico aplicado e com as consequncias que surgem para a partcula mineral.
Caso se tenha um campo uniforme, as foras atuantes nos plos positivo e negativo
dessa partcula so iguais e opostas, conduzindo a uma resultante nula; j a
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De um modo geral, no existe um conjunto genrico de variveis que
permita o controle operacional da separao magntica. Como exemplo, Luz et alli.(2010) cita que as variveis empregadas no controle da separao magntica a
mido de alta intensidade no so as mesmas que controlam a separao
magntica a seco de alta intensidade. Por essas e outras razes, esses autores
limitaram-se a comentar apenas a intensidade de campo magntico e a alimentao
do equipamento como variveis que influenciam a melhoria do processo deseparao magntica.
3.3.2.1 Efeito da intensidade de campo magntico
O controle da intensidade de campo permite a separao seletiva das
partculas com diferentes valores na susceptibilidade magntica. Com baixa
intensidade de campo separam-se minerais com elevadas susceptibilidade e com
alta intensidade separam-se aqueles com valores mais baixos desse parmetro. Em
geral, o controle da intensidade de campo feito com o emprego de eletroms,
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3.3.2.3 Efeito da matriz
A escolha da matriz adequada importante porque permite melhorias na
eficincia de separao. A explicao para esse aspecto encontra-se no
estabelecimento da relao correta entre a dimenso do minrio e a da matriz, a
qual deve ser menor que 1. Isso porque a dimenso da matriz muito prxima da do
minrio em anlise dificultar a separao, devido ao engaiolamento, (Simo, 2010).
3.3.2.4 Efeito da granulometria
Material em granulometria fina tende a apresentar melhor resultado: alta
recuperao da espcie mineral de interesse. A explicao para esse quadro est
baseada no aspecto de que o material fino apresenta alta liberao, e assim sendo,
no sofrer aprisionamento mecnico na matriz, (Simo, 2010).
A separao magntica de minerais fracamente magnticos na faixa
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3.3.3 Equipamentos
Os atuais desenvolvimentos da cincia dos materiais e da tecnologia do
magnetismo permitem a fabricao de concentradores magnticos com gradientes e
campos muito mais elevados que os convencionais. Assim, desenvolveram-se
separadores magnticos com campos da ordem de 60000 Gauss que empregam a
tecnologia dos supercondutores, (Sampaio, et al., 2007).
Includos no contexto acima, encontram-se os separadores com ms
permanentes, que representam um marco importante nos avanos tcnico-
cientficos da separao magntica aplicada ao beneficiamento mineral.
Conforme a metodologia empregada nas operaes, os concentradores
magnticos classificam-se em: a seco ou a mido, distinguindo-se ainda entre eles
as classes de baixa ou de alta intensidade de campo. No equipamento, a forma dos
elementos que executam o trabalho de separao exerce influncia significativa
sobre a classificao dos separadores. Assim, denominam-se concentradores de
tambor, de rolos induzidos, de correias cruzadas, de carrossel, (Oliveira, 2010).
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Em geral, o cenrio acima tipicamente o caso em que a coleta magntica
do mineral medida como uma funo da fora/intensidade do campo magntico.Os resultados obtidos nesse procedimento so necessrios para se avaliar o
potencial de separao magntica do material em estudo. Diversos separadores de
laboratrio existem para a quantificao da coleta magntica de minerais.
Separadores em escala de bancada empricos
A etapa inicial na avaliao da separao magntica de uma amostra
mineral medir a resposta desse mineral a um campo magntico. A abordagem
mais comum envolver a amostra mineral com um m de mo. Com isso feito, tem-
se uma primeira indicao da presena de material ferromagntico.
H dois diferentes tipos de separadores em escala de bancada comumente
usados para a anlise quantitativa de minerais magnticos. Esses equipamentos so
especificamente projetados para fornecer uma separao baseada na
susceptibilidade magntica. Ambos fornecem um alto nvel de controle e
seletividade. O equipamento conhecido como Tubo Davis (Figura 5) fornece uma
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O procedimento de ensaio empregando o Tubo Davis como equipamento de
separao magntica, basicamente, contempla a seguinte descrio: a amostra aser testada introduzida no interior do tubo de vidro na forma de polpa. O campo
magntico pega as partculas ferromagnticas dentro do tubo durante a agitao.
Fluxo de gua de lavagem atravs do tubo remove as partculas no magnticas.
Esse aparato fornece uma separao perfeita dos materiais ferromagnticos. As
variveis de controle da seletividade da separao so a intensidade de campomagntico, o volume de gua de lavagem, e a inclinao do tubo.
O Tubo Davis usado extensivamente na medida de desempenho de
separadores magnticos em tambor na indstria de minrio de ferro e nas
aplicaes de recuperao de meios pesados. Esse equipamento tambm fornecer
uma medida da qualidade do produto para concentrados de magnetita. Nesse ponto,
importante destacar que a presena de qualquer impureza (slica e alumina so os
mais comuns) nesse concentrado atuar como partcula bloqueadora, reduzindo o
desempenho em separao do Tubo Davis.
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Tabela III Caractersticas minerais e do equipamento de separao magntica.
Caractersticas importantesMineral Equipamento
Susceptibilidade magntica Intensidade de campo magnticoConcentrao Gradiente magnticoRecuperao
Capacidade de magnetizao daunidade
Variabilidade do minrioExtenso de liberao
TemperaturaUmidadeInterao com diferentes minerais(Superposio de susceptibilidadesmagnticas)
Em algumas caractersticas que so funes do mineral, tais como a
susceptibilidade magntica, as alteraes so realizadas com certo grau de
dificuldade. Outras caractersticas, tais como a extenso de liberao, temperatura
ou umidade, so especficas da etapa de preparao da amostra, podendo ser
alteradas. Por outro lado, como visto na Tabela II, so poucos os parmetros que se
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intensidade geralmente operam acima de 5000 Gauss (0,5 Tesla) e so efetivos em
coletar minerais paramagnticos, tais como a hematita ou a ilmenita. Essesequipamentos de separao magntica utilizam ms permanentes de terras raras
ou eletroms para estabelecer o campo magntico.
Para todos os objetivos prticos, uma seleo dos separadores magnticos
pode ser estruturada como num fluxograma de deciso em rvore Figura 6. O
primeiro n representa que o mineral ser tratado como polpa ou a seco; o segundo
n indica a intensidade necessria do campo magntico para a separao efetiva.
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Os separadores magnticos dos tipos a mido de alta intensidade - Wet
High Intensity Magnetic Separation WHIMS, e de alto gradiente - High GradientMagnetic Separator HGMS so equipamentos que empregam tcnicas de
separao para partculas finas usando eletroms e uma matriz de fluxo
convergente para gerar regies de altos gradientes magnticos. Tecnicamente,
WHIMS distinguido de HGMS pela direo do fluxo da polpa sendo perpendicular
linha de fluxo magntico preferencialmente paralela. No entanto, ambos os tiposde separador magntico empregam um eletrom para gerar um campo magntico
que induz uma matriz. Essa, por sua vez, amplifica o fundo do campo magntico,
produzindo regies localizadas de gradientes de campo magntico extremamente
altos. Com isso, fornecem-se stios de coleta para a captura de partculas
paramagnticas.
Em termos prticos, equipamentos do tipo WHIMS referem-se a qualquer
tipo de separador magntico contnuo a mido do tipo carrossel; j os do tipo HGMS,
associam-se com filtros do tipo vasilha que so operados em batelada.
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(6.1)
onde se tem: N viscosidade do fluido, d dimetro da partcula, V velocidade do
fluido, X susceptibilidade magntica, a raio das bolas de ao, M magnetizao
das bolas de ao, H campo magntico aplicado.
O valor dessa equao balanceada identifica as variveis de primeira ordem
que afetam a coleta dos minerais paramagnticos. Variveis que afetam aseparao magntica podem ser classificadas como dependentes da polpa de
alimentao (aqui se incluem efeitos das partculas), ou dependentes do
equipamento de separao. As variveis X, N e d nessas equaes so, dessa
forma, dependentes da partcula ou da polpa de alimentao, enquanto que as
variveis a, M, V e H dependem do separador. Para melhorar a coletamagntica pelo projeto do separador, o raio das bolas de ao deve ser minimizado, a
magnetizao da matriz maximizada, e a velocidade do fluxo minimizada.
Uma matriz base de bolas de ao limitada em termos de linhas
convergentes de fluxo magntico e, consequentemente, limita-se na produo de
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Enquanto que a magnitude do campo magntico aplicado externamente
um fator importante, a matriz que fornece o potencial de separao das espciesde interesse. A matriz responsvel pela converso das linhas de fluxo magntico
para produzir numerosos stios de coleta de alto gradiente. A matriz, como dito
anteriormente, tambm amplia o campo magntico, por meio da reduo da abertura
de ar. O tipo timo de matriz para uma dada aplicao deveria fornecer uma
capacidade alta de carregamento magntico, alto gradiente magntico, e ter umaestrutura relativamente aberta para maximizar a capacidade de fluxo.
Logo, v-se que o tamanho de partcula deve ser equilibrado com a matriz
adequada (Tabela IV) numa separao a mido de alta intensidade.
Tabela IV Caracterizao dos tipos comuns de matriz para separador magntico amido de alta intensidade.
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A Figura 7 mostra um separador magntico tpico de laboratrio, a mido e
de alta intensidade, em que a intensidade do campo magntico na zona deseparao varivel.
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A concentrao magntica requer uma matriz com estrutura aberta, de modo
que o aprisionamento fsico das partculas no-magnticas seja minimizado. Aamostra deveria ser peneirada na malha de 35 # (500 m) para remover qualquer
material grosseiro que tender a ser aprisionado e acumular-se na matriz. Numa
programao para ensaios com um material particular, diversos nveis de
intensidade de campo magntico deveriam ser includos para se avaliar a
recuperao da espcie mineral de interesse. Uma vez que, facilmente, o campomagntico pode ser variado com o equipamento WHIMS, pode-se praticar vrios
estgios de elevao desse parmetro, atentando-se para susceptibilidade
magntica da amostra.
Nos ensaios de concentrao magntica, a varivel primria de teste a
intensidade do campo magntico, sendo que em alguns casos possvel a
avaliao do tipo de matriz como varivel de separao; contudo, a seleo inicial
adequada da matriz baseada no tamanho de partcula , usualmente, suficiente.
Ainda no contexto de estudo dos efeitos das variveis de separao magntica,
importante tambm citar a importncia de padronizao de algumas delas, tais como
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toda a hematita presente na amostra coletada. Para partculas mais grossas, esse
limite atingido nos nveis mais baixos de intensidade de campo magntico; almdisso, para essas partculas, observa-se tambm que a inclinao da curva muito
grande, medida que se aumenta a coleta magntica do mineral.
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HGMS High Gradient Magnetic Separator
O separador magntico de alto gradiente HGMS opera em regime de
batelada, sob controle do fluxo de polpa atravs da matriz. Deste modo, o tempo de
reteno na matriz controlado. A polpa bombeada no fundo da vasilha matriz e
descarregada pelo topo. A polpa de alimentao desse separador deve apresentar-
se bem dispersa, e as partculas mantidas em suspenso. A maioria das aplicaes
limita-se ao processamento de partculas finas, tipicamente, abaixo de 10m.
Na operao do separador HGMS, o arraste proporcionado pelo fluido
fornece a fora de separao entre os contaminantes magnticos e o meio no-
magntico. Eventualmente, quando os primeiros acumulam-se na matriz do
separador, o equipamento desenergizado e a matriz lavada. Um separadorHGMS quase sempre usado para remover contaminantes presentes em traos
dentro de um produto no-magntico.
Uma das aplicaes do separador HGMS tem sido melhorar o brilho de
argilas empregadas em vrios campos da indstria, como base de filtros e de
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aumentaram a captura das partculas paramagnticas, levando ao aumento do
brilho. O aumento do tempo de reteno da polpa equivalente reduo de suavelocidade, o qu reduz a ao do arraste hidrodinmico sobre a partcula; mas, por
outro lado, esse cenrio proporciona maior efetividade da fora de atrao
magntica.
A Figura 9b apresenta os efeitos do comprimento da matriz sobre o brilho do
caulim em 3 nveis de intensidade de campo magntico. Com a elevao do
comprimento da matriz, efetivamente, o tempo de reteno da polpa tambm se
eleva. Como esperado, nveis mais altos de campo magntico associados a
comprimentos maiores da matriz resultam num aumento do brilho do caulim. Com
isso, reflete-se a maior captura/coleta de partculas paramagnticas.
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Em resumo, ensaios de separao magntica em escala de laboratrio so
necessrios para avaliao de circuitos de concentrao em maior escala. Aspropriedades magnticas dos minerais so variveis altamente especficas e
importantes na separao das espcies em estudo. Cada uma dessas ltimas exibe
caractersticas que afetam a susceptibilidade magntica e, consequentemente, o
desempenho metalrgico do processo de separao.
O conhecimento das variveis primrias que afetam a separao magntica
um ponto crtico para melhorar o desempenho do processo. Nesse contexto,
devem ser consideradas no apenas as variveis relacionadas ao equipamento
separador, mas tambm as variveis minerais. As variveis do separador so: a
intensidade do campo magntico aplicado, o gradiente de campo magntico e os
meios mecnicos para proporcionar a separao dos vrios minerais. J as variveis
minerais, contudo, no so claramente definidas; por exemplo, distribuio
granulomtrica, caractersticas de liberao, sobreposio de susceptibilidades
magnticas de diferentes minerais, e alteraes de substituio de ferro podem
complicar o processo de concentrao magntica.
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Figura 10 Partculas de slica (partculas escuras) contendo incluses de magnetita(partculas claras).
3.4 Minrio Pirrotita, (Carvalho et alli., 2002), (Santos, et alli., 2008)
Neste item sero abordadas as caractersticas principais da pirrotita,
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toneladas/ano de concentrado sulfetado de nquel, cobre e cobalto faz com a MSF
se estabelea como a maior produtora de nquel do Brasil.
O produto da usina de concentrao da MSF todo consumido pelo
processo metalrgico de extrao, em que se obtm um mate (mistura de sulfetos)
com teor de 61% de nquel. O mate produzido exportado para a Finlndia, de
modo a abastecer a produo de nquel metlico, alm de cobre e cobalto.
3.4.1 Geologia
O corpo de minrio da MSF est localizado na poro basal de uma
sequncia arqueana do tipo greenstone belt, em que as rochas vulcnicas mficas e
ultramficas esto intercaladas com sedimentos qumicos.
A jazida exibe forma tabular com strike N 40 W, e mergulho subvertical 70
a 90 SW, estendendo-se por 1700 m de comprimento at 700 m de profundidade, e
com espessura variando de 1 m a 20 m. Nessa jazida, a mineralizao ocorre,
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(a)
Dado s cris talog rfico s:
Monoclnica, 2/m para a variedade de baixatemperatura, estvel abaixo de 250C.Hexagonal, 6/m 2/m 2/m para forma de altatemperatura.Hbito:Cristais hexagonais, geralmente tabulares oupiramidais - cristalizao como polimorfo de alta
temperatura.Propriedades fsicas:Dureza: 4,0Peso especfico: 4,58 4,65Brilho: metlicoCor: bronze amarronzadoTrao: preto
Magntica, mas de varivel intensidade: quantomaior o teor de ferro, menor o magnetismo.Composio e estrutura:A maioria das pirrotitas tem deficincia em ferroem relao ao enxofre: Fe1-xS, onde x ficanormalmente entre 0,0 e 0,2.
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3.4.2 Mineralogia
Os minerais do minrio da jazida de Fortaleza de Minas so descritos na
Tabela V, ocorrendo na proporo de 65:30:5. A frmula qumica e a densidade dos
minerais presentes (principais e secundrios ganga) na jazida da MSF so
apresentadas na Tabela VI.
Tabela V Relao dos minerais presentes na jazida MSF.
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4 MATERIAIS E METODOLOGIA
4.1 Materiais
Como material de ensaio, tem-se uma amostra de rejeito da etapa de
concentrao da Minerao Serra da Fortaleza (MSF) em Fortaleza de Minas/MG.
Os ensaios utilizaram como equipamentos: separador magntico de alta
intensidade da Carpco Inc., modelo WHIMS 3x4L, vidrarias diversas picnmetros
de 50 mL, bqueres de 300 mL, forno tipo mufla, bandejas de capacidades distintas,
balana analtica, dispositivo de peneiramento a mido, etc. Toda a aparelhagem faz
parte do LTM do DEMIN/UFOP.
4.2 Metodologia
4.2.1 Determinao da densidade
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4.2.2 Caracterizao granulomtrica
Os ensaios de caracterizao granulomtrica foram realizados em conjunto
de peneiras em srie Tyler de 100 mesh (150 mm) a 400 mesh (0,038 mm); esse
peneiramento foi a mido no LTM/DEMIN/UFOP.
A massa de amostra utilizada foi de, aproximadamente, 150 g, a qual foi
selecionada aps a realizao dos clculos de:
massa mnima quantidade que deve ser utilizada para representar todo o lote
original. Segundo descrito por Luz et alli (2010), para amostra com poucas
informaes, deve-se consultar a Tabela de Richards, tendo-se como dados de
entrada: dimetro da maior partcula, caracterizao prvia do minrio. Assim,
considerando-se o dimetro de maior partcula igual 0,149 mm, e um teor de pirrotita
presente no mineral-minrio de Xx%, verificou-se uma massa mnima de 20g;
massa mxima se refere ao acmulo de partculas que podero formar um leito
profundo o suficiente para diminuir a probabilidade de passagem das partculas que
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4.2.3 Caracterizao qumica
Para a determinao da composio qumica da amostra global, e dos
produtos gerados na separao magntica (fluxos magntico e no-magntico),
utilizaram-se os laboratrios da UFOP.
4.2.4 Caracterizao por separao magntica
Os ensaios de separao magntica foram conduzidos a mido, sob alta
intensidade de campo magntico, devido propriedade diferenciadora do material
de estudo: baixa susceptibilidade magntica. O separador empregado foi o Carpco
Inc., modelo WHIMS 3x4L (Figura 12), pertencente ao LTM/DEMIN/UFOP.
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O WHIMS 3x4L um equipamento esttico dotado de uma cmara/vasilha
removvel de volume igual 311 mL que aceita uma grande variedade de tipos dematriz, como esferas de ao e palhas de ao inoxidvel, por exemplo. A densidade
de fluxo magntico presente de 21,6 KGauss (mximo) com o uso de esferas de
ao como matriz, e de 3,8 KGauss na configurao sem a cmara e a matriz. A
intensidade varivel do campo magntico do equipamento ajustada por meio do
controle da amperagem da bobina (0 6A). A alimentao de amostras permitidapara o WHIMS 3x4L de at 100 g (base seca), dependendo do teor magntico do
material. O painel de controle do WHIMS 3x4L (Figura 13) simples, sendo dotado
de medidores analgicos de voltagem e de amperagem.
A alimentao do WHIMS 3x4L realizada pela introduo de 50 g 100 g
de material no estado de polpa, em que a percentagem de slidos est entre 15% e
50%. Essa polpa introduzida na cmara j preenchida com a matriz adequada, e
sob os ajustes desejados de corrente eltrica. O material magntico ser retido na
cmara, aps a lavagem com gua; j material no-magntico ser coletado num
recipiente a parte. A frao magntica pode ento ser lavada fora da cmara, dentro
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4.2.4.1 Ajuste do equipamento
Como ser visto adiante, na descrio das variveis de estudo, os nveis
adotados de intensidade de campo para os ensaios foram de 3790 Gauss que
corresponde a uma corrente eltrica de 4A, e 4880 Gauss para 7A de corrente
eltrica. Em consulta a literatura no identificada, tratando a concentrao
magntica de rejeito do circuito de flotao da planta da MSF Fortaleza de
Minas/MG (81% do material passante na malha de 150 m), viu-se que autor usou
intensidade de campo magntico de 6500 Gauss. Assim sendo, possvel que os
nveis praticados neste trabalho sejam insuficientes para a separao das espcies.
No presente trabalho, priorizou-se a anlise dos efeitos de apenas trs
variveis operacionais: A - intensidade de campo magntico, B rea superficialdisponibilizada pela matriz e C percentagem de slidos na alimentao. Cada uma
dessas variveis foi avaliada em dois nveis, sendo esses descritos como:
A - 3790 Gauss e 4880 Gauss;
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Tabela VII Experimentos em laboratrio com separador magntico.
Experimento Sequnciade execuo
Descrio do ExperimentoA B C
1 3 3790 Gauss 80/20 20%2 2 4880 Gauss 50/50 20%3 1 3790 Gauss 50/50 35%4 4 4880 Gauss 80/20 35%
Como dito acima, a polpa usada no alimentador do separador magntico
exibiu dois nveis de anlise: 20% e 35% de slidos. Para determinar a quantidade
de massa de slidos para constituir essas polpas, utilizou-se a equao 8:
() (8)onde se tem: Vpolpa volume de polpa (mL), Vslidos volume de slidos (mL) e Vgua
volume de gua (mL). Assim sendo, considerando-se a densidade do rejeito
(Anexo I), e fixando-se a sua massa de ensaio em 50 g, viu-se que para a polpa de
20% de slidos deveriam ser adicionadas 200,2 g de gua; j para a polpa com 35%
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Figura 14 Fluxograma geral de caracterizao do rejeito da MSF adotado no presente estudo.
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5 APRESENTAO E DISCUSSO DE RESULTADOS
5.1 Caractersticas granulomtricas
Na Tabela VIII so apresentados os resultados da distribuio
granulomtrica do minrio pirrotita, enquanto que na Tabela IX so exibidos os de
determinao da massa mxima permitida em cada peneira. A partir desses ltimos,
verifica-se a validade do peneiramento. Em geral, constatou-se que o peneiramentorealizado no foi eficiente, pois a massa de amostra retida em cada peneira foi maior
que o mximo calculado pela frmula de Gaudin.
Tabela VIII Resultados de distribuio granulomtrica do minrio pirrotita.
Malha[#]
Malha[mm]
Peso[g]
Percentagem [%]RetidaSimples
AcumuladaRetida
AcumuladaPassante
100 0,149 0,19 0,123 0,123 99,877150 0,105 4,71 3,06 3,183 96,817200 0,074 17,52 11,38 14,563 85,437270 0,053 25,19 16,36 30,923 69,077325 0,044 19,38 12,58 43,503 56,497
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Figura 15 Curva de distribuio granulomtrica para o rejeito em estudo. Parmetros de anlise: d 80 = 70 m, d95 = 100 m.
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5.2 Caractersticas qumicas
Infelizmente, os resultados de caracterizao qumica para a amostra global
de ensaio, alm das que so relacionadas aos fluxos da separao magntica, no
so disponibilizados neste trabalho. Isso porque houve greve do quadro tcnico-
administrativo dos funcionrios da UFOP, e consequente fechamento dos
laboratrios de anlise qumica e de difrao de raios x.
A Tabela X mostra uma caracterizao qumica feita para um rejeito de
flotao da MSF, cuja referncia no foi identificada. Nela, observam-se os teores de
nquel, cobre, enxofre, e xido de magnsio encontradas para a amostra cabea, por
meio de espectroscopia de absoro atmica nas instalaes da MSF. Como pode
ser visto, e considerando-se que o rejeito dessa referncia tem granulometria (81%abaixo de 150 m) prxima ao material do presente estudo, vlida a apresentao
desses dados para fins informativos.
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5.3 Separao Magntica
Na Figura 16 so exibidos os efeitos das variveis de controle na massa de
fluxo magntico (MMag). Nota-se a tendncia de aumento da massa com a elevao
do campo magntico aplicado, e com a percentagem de slidos da polpa de
alimentao; contudo, nota-se ainda uma alta disperso dos dados que revelam a
ocorrncia de problemas na conduo dos ensaios.
Os efeitos das variveis: intensidade de campo magntico, superfcie da
matriz e percentagem de slidos na polpa sobre a massa do fluxo no-magntico
(MNMag) so apresentados na Figura 17. V-se, embora haja grande disperso dos
dados, a tendncia de aumento da massa com a elevao das duas ltimas
variveis; enquanto que para a primeira, os nveis mais baixos favoreceram aobteno de massas maiores.
Dentre os efeitos observados, foi curioso o comportamento da disposio da
matriz, pois ao se utilizar mais esferas pequenas (80%) que grandes (20%), houve
favorecimento da massa do fluxo no-magntico. Esse aspecto vai de encontro ao
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500045004000
47,5
47,0
46,5
46,0
45,5
45,0
847260
0,360,300,24
Campo
MMag
Matriz Polpa
Figura 16 Efeitos das variveis de controle na massa de fluxo magntico.
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6 CONCLUSES
Neste estudo foi avaliado o processo de separao magntica como rota de
reaproveitamento do rejeito gerado na concentrao do minrio de nquel
proveniente da Minerao Serra da Fortaleza Fortaleza de Minas/MG. Isso feito
porque h a possibilidade desse material conter espcies ferro e paramagnticas,
aplicveis como matria-prima na indstria siderrgica, por exemplo. Alm desse
contexto, levanta-se ainda a importncia da reciclagem do rejeito da empresa citada
para se garantir os ndices de sustentabilidade do negcio.
A principal ferramenta de trabalho constituiu-se na caracterizao do rejeito
da MSF, utilizando-se anlises fsica (distribuio granulomtrica a mido, e
densidade) e qumica, alm de ensaio tecnolgico. Esse ltimo foi representada peloensaio em escala de laboratrio da separao magntica, utilizando-se o
equipamento Carpco modelo WHIMS 3x4L do Laboratrio de Tratamento de
Minrios do Departamento de Engenharia de Minas da Universidade Federal de
Ouro Preto. As variveis de controle operacional simuladas foram: intensidade de
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De um modo geral, a fluxo magntico superou, em massa, o no-magntico,
sendo que os efeitos das variveis de controle manifestaram-se diferentemente paracada um deles. Nesse contexto, cabe a ressalva de que houve disperso
significativa dos dados de anlise, fazendo com que a mesma seja colocada como
indicativa de tendncia. Assim, para a massa de fluxo magntico foi visto uma
elevao com o aumento da intensidade de campo, e com o da percentagem de
slidos da polpa de alimentao; j a massa do fluxo no-magntico aumenta com aelevao da presena de esferas pequenas no leito - disposio da matriz e com a
percentagem de slidos.
Os resultados de anlise qumica dos fluxos (magntico e no-magntico)
estabeleceriam a eficincia/seletividade dos ensaios de separao magntica feitos
no LTM/DEMIN/UFOP, pois revelariam as espcies minerais nesses fluxos. E, a
partir da, seria possvel definir com mais preciso ensaios posteriores,
contemplando padronizao de variveis importantes no controle operacional, e
ajustes mais reais e adequados para o separador, principalmente no que se refere
estrutura da matriz e intensidade de campo aplicado.
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7 REFERNCIAS
(1) ARRUNTEGUI, H., Processamento de Minerais III 1 Fascculo.Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro UFOP. Ouro PretoMG.
(2) CARVALHO, E. A., SILVA, A. O., JNIOR, J. B. R. and BRENNER, T. L.,Nquel Minerao Serra da Fortaleza. Comunicao Tcnica CT2002-
192-00. CETEM Centro de Tecnologia Mineral, MCT Ministrio daCincia e Tecnologia. Rio de Janeiro RJ. Dezembro, 2002.
(3) LAGE, E. A., Separadores Magnticos: Experincia em Minrio de Ferrona Herculano Minerao. Dissertao de Mestrado pelo Programa dePs-Graduao em Engenharia Mineral, Departamento de EngenhariaMineral DEMIN, Universidade Federal de Ouro Preto UFOP. Ouro
Preto, MG. Janeiro, 2010.
(4) LIMA, R. M., Notas de Aula de Caracterizao Tecnolgica dos Minrios.PPGEM Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mineral, DEMIN Departamento de Engenharia de Minas, UFOP Universidade Federalde Ouro Preto. Abril Julho, 2012.
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(8) REIS, E. L., Caracterizao de Resduos Provenientes da Planta deBeneficiamento do Minrio de Mangans Slico-Carbonatado da RDM -Unidade Morro da Mina. Dissertao de Mestrado pelo Programa dePs-Graduao em Engenharia Mineral, Departamento de EngenhariaMineral DEMIN, Universidade Federal de Ouro Preto UFOP. OuroPreto, MG. Abril, 2005.
(9) REITZ, J. R., MILFORD, F. J. and CHRISTY, R. W., Fundamentos da
Teoria Eletromagntica. 3 Edio, Editora Campus Ltda., Captulos 8 -10, pp.: 161 - 229. Rio de Janeiro - RJ. 1982.
(10) SAMPAIO, J. A., LUZ, A. B. A. and FRANA, S. C. A., Tratamento deMinrios. CETEM Centro de Tecnologia Mineral, MCT Ministrio daCincia e Tecnologia. 5 Edio, Captulo 9, pp.: 366 381. Rio deJaneiro RJ. 2010.
(11) SIMO, H. K., Concentrabilidade de Minrio de Ferro de Cateruca.Dissertao de Mestrado pelo Programa de Ps-Graduao emEngenharia Mineral, Departamento de Engenharia Mineral DEMIN,Universidade Federal de Ouro Preto UFOP. Ouro Preto, MG. Junho,2010.
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8 ANEXOS
ANEXO I - Determinao da Densidade pelo Mtodo do Picnmetro
A partir dos resultados gerados com os ensaios em duplicata para a determinao da densidade, construiu-se a Tabela A1.
Tabela A1 - Medidas das massas dos picnmetros e determinao da densidade do rejeito.
Identificao doPicnmetro
Pesos dos Picnmetros (g)
Vazio- P1 -
Com Minrio- P2 -
Com gua- P4 -
Com Minrio e gua- P3 -
Densidade
A 41,18 54,64 95,16 104,11 2,98B 40,41 52,60 95,16 102,50 2,52
Logo, v-se pela Tabela A1 que o valor mdio da densidade do rejeito foi de 2,75 g/cm3.