Transcript Capítulo 7 – Moagem

Procesamiento de minerales I
Moagem
Maria Luiza Souza
Montevideo
5-9 Agosto 2013
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
1
Capítulo 7 – Moagem
Neste capítulo é apresentada, de modo
resumido, a operação de moagem,
equipamentos e circuitos usuais.
- Moinhos de barras.
- Moinhos de bolas.
- Moinho semi-autógeno.
- Moinhos verticais.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
2
Capítulo 7 – Moagem
A moagem compreende as operações de cominuição na faixa de tamanhos abaixo
de 3/4" e é efetuada principalmente mediante mecanismos de abrasão, embora
também ocorra quebra por impacto.
São portanto, tanto as faixas de tamanhos em que se trabalha, como também e
principalmente, os mecanismos de redução de tamanho que distinguem as
operações de moagem e de britagem. Esta última trabalha com granulometrias
mais grosseiras e a quebra das partículas ocorre por compressão e impacto.
Na faixa de tamanhos de 1/2" a 20 #, se sobrepõe à britagem fina que pode ser
realizada em britadores tipo “intergranular” (SH) ou moinhos de barras.
Os objetivos principais da moagem em processamento mineral são os seguintes.
- Liberação: sulfetos de metais básicos como cobre, chumbo, zinco, etc.
- Adequação granulométrica de produtos finais: agregados para construção civil.
- Transporte em minerodutos: USA (carvão), Brasil (pellet feed na Samarco).
- Adequação para uso em processo subseqüente: moagem do pellet feed.
- Aumento de área de superfície para facilitar reações químicas: hidrometalurgia.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
3
Capítulo 7 – Moagem
Equipamentos
Os equipamentos mais usados na moagem ainda são os moinhos de carga
cadente. São formados por uma carcaça cilíndrica que gira em torno do seu eixo
e que contém no seu interior uma carga de corpos moedores soltos - o meio
moedor - o qual está livre para ser movimentado conforme a carcaça gira e
deste modo realiza a moagem.
O nome dado a estes moinhos depende do tipo de meio moedor usado. Assim,
temos:
- moinhos de barras, onde o meio moedor são barras de aço;
- moinhos de bolas, onde o meio moedor são bolas de aço;
- moinhos de semi-autógenos, onde o meio moedor é composto por bolas de
aço e fragmentos do próprio minério;
- moinhos de seixos, etc.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
4
Capítulo 7 – Moagem
Obs.:
acionamento
sempre do lado
da descarga !
Figura 1- Elementos básicos de um moinho tubular.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
5
Capítulo 7 – Moagem
Elementos estruturais dos moinhos de carga cadente
- Carcaça: feita de chapa calandrada e soldada.
- Cabeças, espelhos ou tampas: são as duas peças feitas em aço fundido e que
fecham as extremidades da carcaça.
- Munhões ou Pescoços: fazem parte das tampas e sustentam todo o peso do
moinho.
- Mancais: peça no interior da qual giram os pescoços que estão apoiados nos
berços.
- Acionamento : em geral por sistema coroa-pinhão.
- Transmissão: conforme a potência, existem diversos modos de transmitir o
movimento ao moinho.
- Revestimento interno: existem muitos tipos e são aparafusados à carcaça.
- Alimentadores: também existem diversos tipos.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
6
Capítulo 7 – Moagem
A coroa é a peça de usinagem mais cara e
seus dentes são retos até potências em torno
de 400 HP e helicoidais acima disto. Estes
dentes são usinados e após cementados.
Sistema exige coroa-pinhão
lubrificação constante.
O pinhão tem dureza menor que a coroa.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
7
Capítulo 7 – Moagem
Usado como primário, preparando a
alimentação para o moinho de bolas.
Trabalha com alimentação na faixa de
3/4" a 3/8" e produtos entre 4 e 28 #.
Configurações de descarga: overflow,
periférica e periférica central.
Usado como secundário, preparando a
alimentação para a classificação.
Trabalha com alimentação na faixa de
14 a 28 # e produtos finos (65 a 400 #).
Configurações de descarga: overflow e
por diafragma.
Figura 2- Moinho de barras e moinho de bolas.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
8
Capítulo 7 – Moagem
Abaixo: revestimento de
borracha em um moinho.
Acima: moinho de bolas 22’ x 32’ (6,7m x9,8 m)
com motor de 8,500 kW (11.400 HP) !
Figura 3- Moinho de bolas da mina do Sossego no Pará.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
9
Capítulo 7 – Moagem
Quando partículas de diferentes tamanhos e densidades são revolvidas em um
cone, elas se auto-classificam e as maiores se alojarão na região de maior
diâmetro. O formato do moinho Hardinge permite tal ação classificadora em seu
interior, resultando em maior eficiência e menor consumo de energia. Estas
máquinas podem operar a seco ou via úmida.
Figura 4- Moinho de bolas Hardinge®.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
10
Capítulo 7 – Moagem
Moinho de barras
Moinho de bolas
Características
Características
- L /D: entre 1,3 e 1,7. Sempre > 1,25.
- L/D: é função do grau de finura
desejada para o produto moído, e pode
variar entre 1 e 5.*
- RR: entre 12:1 a 20:1 para modelos
com descarga por overflow e periférica.
- RR: entre 4:1 a 8:1 para modelos com
descarga periférica central.
- Limite prático para comprimento das
barras: 20 ft.
- Trabalha com velocidades de rotação
menores que as de um moinho de bolas
de mesmo tamanho.
- Máquina para circuito aberto.
- Em plantas de processamento os
moinhos usados são do tipo overflow
que operam a úmido e tem L/D entre 1 e
2,5.
- RR: na faixa de 15:1 a 25:1.
- Trabalha em velocidades de rotação
maiores que as usadas nos moinhos de
barras.
- Máquina para circuito fechado.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
11
Capítulo 7 – Moagem
No uso de placas metálicas é preciso
interpor entre elas e a carcaça um lençol
de borracha (ou de zinco fundido) de
modo a permitir uma perfeita aderência
e evitar atrito entre metais, bem como a
entrada de sólidos entre o revestimento
e a carcaça. Os perfis mostrados à
esquerda são para moinho de barras.
Os revestimentos de borracha, tem tido
seu uso crescente. Além de resistência
ao desgaste superior ao material
metálico, são mais leves, de mais fácil
manutenção e absorvem ruído. Em
polpas corrosivas levam grande
vantagem sobre placas de metal. Alguns
tipos de perfis são mostrados ao lado.
Figura 5- Perfis dos revestimentos internos de moinhos.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
12
Capítulo 7 – Moagem
Figura 6- Perfis dos revestimentos para moinhos de bolas.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
13
Capítulo 7 – Moagem
Moagem autógena e semi-autógena
Importante salientar que tal operação
realiza, em um único equipamento e
em um único estágio, reduções de
tamanho que cobrem desde a etapa
da britagem primária até a moagem.
Para muitos autores não pertence,
portanto, no senso estrito, ao campo
da moagem.
Entretanto, para outros autores é
classificada como moagem e a
máquina chamada de moinho !
A verdade: atualmente é de uso
padrão em plantas de processamento.
Moagem autógena: só fragmentos da
rocha são usadas como meio moedor.
Usada apenas em casos especiais.
Moinhos FAG (full autogenous grinding).
Moagem semi-autógena: meio moedor
é composto por fragmentos da rocha e
bolas de aço.
São usadas em muitas das plantas de
beneficiamento.
Moinhos SAG: semi-autogenous
grinding.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
14
Capítulo 7 – Moagem
Ao lado: moinho SAG de
38’ x 23’ (11,6 m x 7 m)
com motor de 20.000 kW
(26.800 HP) !
Acima: tampa-lado da
alimentação.
Figura 7- Moinho SAG da mina do Sossego no Pará.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
15
Capítulo 7 – Moagem
SAG
- 6 m diâmetro x 3 m comprimento
- bolas de 4’’ e 5” de diâmetro
- densidade da polpa: 1,8 t/m3
- F80: 110 mm
- P80: 10 mm
- consumo de bolas de aço: 0,45kg/t
- consumo de energia: 1.700 kW/h
- carga de bolas: 15%
Bolas
SAG
Bolas
- 4 m diâmetro x 6 m comprimento
- bolas de 2” e 3” de diâmetro
- densidade da polpa: 1,9 t/m3
- carga circulante: 260 %
- consumo de bolas de aço: 0,65 kg/t
- consumo de energia: 1.900 kW/h
- carga de bolas: 40%
Figura 8- Circuito de moagem de San Gregorio.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
16
Capítulo 7 – Moagem
Trommels são usados no lado da descarga da maioria dos moinhos.
No SAG tem a função de separar “scats” e bolas de aço gastas.
Bolas de aço desgastadas no SAG
e retidas no trommel. San
Gregorio, Uruguay.
Figura 9- Peneira tipo trommel.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
17
Capítulo 7 – Moagem
Ao contrário dos moinhos
tubulares, onde o
movimento da carga é
realizado por meio da
rotação da carcaça, um
moinho do tipo vertical
(tower mill) apresenta uma
carcaça estacionária. Neste
o movimento da carga se dá
através de dispositivos
internos denominados em
inglês de stirrer.
Figura 10- Moinho vertical tipo “tower mill”.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
18
Capítulo 7 – Moagem
O tipo mostrado ao lado, mói o
material de alimentação (- 1/4")
gerando um produto na faixa de
74 a 2 micra ou ainda mais fino.
Pode ser usado em processo
contínuo ou “batch” e em
circuito aberto ou fechado.
Capacidade de até 100 tph.
Originalmente projetado para
moagem fina, atualmente é
usado na moagem primária,
secundária, re-moagem,
moagem fina e ultra-fina e
aplicações específicas.
Figura 11- Moinhos verticais da mina do Sossego.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
19
Capítulo 7 – Moagem
Usados para obter granulometria muito fina,
impossível de ser obtida com moinho de
bolas convencional. A faixa de tamanho do
material processado é em média de 30 mm
na alimentação e produtos com menos de 10
m. Opera a seco ou a úmido.
Consiste, basicamente, de dois tubos
localizados um ao lado do outro, e entre
estes há um peso apoiado excentricamente e
conectado por uma junta a um motor de
cerca de 1500 rpm.
A rotação do excêntrico vibra os dois tubos
produzindo uma oscilação circular de poucos
milímetros.
Os corpos-moedores ocupam de 60 a 70%
dos tubos e vão fragmentando o material por
atrição, que passa longitudinalmente como
um fluido em uma hélice de spin complexo.
Figura 12- Moinhos vibratório.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
20
Capítulo 7 – Moagem
Dinâmica interna no moinho de bolas
As bolas em um moinho podem apresentar basicamente quatro movimentos.
- Rotação é movimento de giro das bolas em torno de seu próprio eixo.
produzindo quebra por compressão. Este efeito é pequeno dentro do moinho.
- Translação é o movimento circular das bolas de acompanhamento da carcaça
até uma certa altura. Este movimento não promove nenhuma quebra, é um dos
responsáveis pelo gasto excessivo de energia na moagem.
- Deslizamento é o movimento contrário ao movimento do moinho. As várias
camadas de bolas deslizam umas sobre as outras e sobre a superfície interna do
moinho, dando origem à quebra por atrito. Este efeito é acentuado quando a
velocidade do moinho é baixa.
Queda: movimento resultante das bolas pela força da gravidade e que origina a
quebra por impacto. Este efeito é acentuado quando a velocidade do moinho é
aumentada.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
21
Capítulo 7 – Moagem
Regimes de operação no moinho de bolas
A velocidade e o volume de carga, dentre outros fatores, contribuem na
determinação do tipo de regime de operação do moinho, os quais são basicamente:
Catarata: neste tipo de regime as bolas ganham
energia suficiente para serem levantadas no
interior da carcaça até uma posição bem elevada,
transformando a energia potencial em energia de
impacto realizada sobre as partículas sólidas,
corpos moedores e carcaça. Este regime é
considerado adequado para a fragmentação de
material grosseiro e evita a produção excessiva de
finos (sobre-moagem). Velocidade muito alta,
como se usava antigamente (> 80% da velocidade
crítica), provoca grande desgaste do revestimento
e dos corpos-moedores.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
22
Capítulo 7 – Moagem
Regimes de operação no moinho de bolas
A velocidade e o volume de carga, dentre outros fatores, contribuem na
determinação do tipo de regime de operação do moinho, os quais são basicamente:
Cascata: neste regime, baixa a velocidade do
moinho e um alto fator de enchimento fazem com
que as bolas rolem sobre as outras, pois não
podendo alcançar alturas maiores, possuem baixa
energia potencial e conseqüentemente baixa
energia cinética, promovendo uma moagem mais
por atrito e abrasão.
Se é necessário produzir material fino, este seria o
regime ideal. No entanto, há também um grande
desgaste do revestimento e dos corpos-moedores.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
23
Capítulo 7 – Moagem
Figura 13- Áreas no interior de um moinho de bolas.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
24
Capítulo 7 – Moagem
A ação dos corpos-moedores pode ser melhor visualizada considerando-se apenas uma
bola no interior do moinho como mostrado abaixo.
A bola acompanha a rotação da parede do moinho, presa à mesma por ação da força
centrífuga, até o ponto 4, onde o peso da bola se iguala à força centrífuga. Nesse ponto,
podem ocorrer duas situações:
a) moinho girando a uma velocidade menor que a
velocidade crítica (VC):
Força de gravidade > Força centrífuga. Como resultado
a bola deixará a parede e será arremessada por meio
de uma trajetória parabólica, realizando trabalho de
moagem e atingindo o ponto 1.
b) Moinho atinge a velocidade crítica (VC):
Força de gravidade < Força centrífuga. Como
resultado a bola permanecerá presa à parede pela
ação da força centrífuga, durante a volta completa
do cilindro, não realizando trabalho de moagem.
A velocidade crítica (VC) é calculada pela equação,
onde D é o diâmetro do moinho em metros.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
25
Capítulo 7 – Moagem
Circuitos de moagem convencionais
Circuito aberto: moinho de barras recebe
a alimentação e seu produto não retorna
após estágio de classificação.
Figura 14- Circuito barras aberto.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
26
Capítulo 7 – Moagem
Circuitos de moagem convencionais
ÁGUA
Circuito fechado: moinho de bolas
é alimentado pelo underflow da
ciclonagem e seu produto retorna
a este moinho após classificação.
ÁGUA
Figura 15- Circuito barras-bolas fechado.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
27
Capítulo 7 – Moagem
Circuito fechado no SAG:
o SAG trabalha fechado com a
britagem intermediária: os scats
britados nos cônicos voltam ao SAG.
Overflow
1
Underflow
Produtos
moídos
Alimentação
Bolas
SAG
Tolva
2
Undersize
do trommel
1 - Hidrociclones
2 – Britadores cônicos
– Pontos de adição de água
Circuito fechado no bolas:
o bolas trabalha fechado com a
classificação.
Figura 16- Circuito SAG-bolas fechado, San Gregorio (2013).
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
28
Capítulo 7 – Moagem
OF
Ponto de amostragem
Este é o circuito
antigo de San
Gregorio, antes da
instalação da
britagem
intermediária.
SAG era aberto
e o bolas fechado.
O circuito total é
considerado
fechado.
Ponto de Adição de água
FEED
TANQUE DE
SAG
BOLAS
LIXIVIAÇÃO
UF
TOLVA
Figura 16- Circuito SAG-bolas fechado, San Gregorio.
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
29