O que é um moinho de bolas?

De acordo com as formas pelas quais o movimento é transmitido ao material a ser moído, os moinhos de moagem são geralmente classificados em dois tipos: moinhos de tambor e moinhos de agitação. Nos moinhos de tambor, o corpo do moinho é girado e o movimento é transmitido ao material a ser moído por meio desse corpo. O meio de moagem pode consistir em hastes de aço, esferas ou a própria rocha. Os tamanhos das esferas de moagem, por exemplo, variam de cerca de 20 mm para moagem fina a 150 mm para moagem grossa. Os moinhos de tambor são normalmente empregados na indústria mineral para a moagem primária, na qual partículas entre 5 mm e 250 mm têm seu tamanho reduzido para valores entre 25 μm e 300 μm. Nos moinhos de agitação, o corpo do moinho é fixo, montado horizontal ou verticalmente, e o movimento é transmitido à carga pelo movimento de um agitador interno. Os meios de moagem (25 mm ou menos) dentro do moinho são agitados ou girados pelo agitador, que normalmente é composto por um eixo central ao qual estão fixados parafusos, pinos ou discos de vários modelos. Os moinhos com agitador são utilizados na remoagem, na moagem fina (15–40 μm) e na moagem ultrafina (-15 μm).

Os moinhos de tambor podem ser classificados em três tipos básicos: de hastes, de esferas e autógenos/semiautógenos (AG/SAG), com base no tipo de meio de moagem (os moinhos SAG são moinhos AG que contêm algumas esferas de moagem). Estruturalmente, cada tipo de moinho consiste em um tambor cilíndrico horizontal, equipado com revestimentos de desgaste renováveis e uma carga de meios de moagem. O tambor é suportado de forma a girar em torno de seu eixo sobre munhões ocos fixados às paredes das extremidades. O diâmetro do moinho determina o impacto que o meio de moagem pode exercer sobre as partículas de minério e, em geral, quanto maior o tamanho do material de alimentação, maior precisa ser o diâmetro do moinho. O comprimento do moinho, em conjunto com o diâmetro, determina o volume e, consequentemente, a capacidade do moinho.

Os moinhos de hastes e os moinhos de bolas são classificados de acordo com a natureza da descarga. O tipo de moinho de hastes mais utilizado na indústria de mineração é o de transbordamento por munhão (Fig. 5.9), no qual o material de alimentação é introduzido por um munhão e descarregado pelo outro. É criado um gradiente de fluxo

Moinho de bolas com transbordamento

fazendo com que o diâmetro do munhão de descarga (transbordamento) seja 10 a 20 cm maior do que o da abertura de alimentação. O munhão de descarga costuma ser equipado com uma peneira espiral (trommel) para remover materiais estranhos.

As etapas finais da trituração primária são realizadas em moinhos de tambor que utilizam esferas de aço como meio de moagem, sendo, por isso, denominados “moinhos de esferas”. Como as esferas possuem maior área superficial por unidade de peso do que as hastes, elas são mais adequadas para a moagem fina. O termo “moinho de bolas” é restrito àqueles com uma relação comprimento/diâmetro de 2 para 1 ou menos. Os moinhos de bolas cuja relação comprimento/diâmetro está entre 3 e 5 são denominados moinhos tubulares. Estes últimos são, por vezes, divididos em vários compartimentos longitudinais, cada um com uma composição de carga diferente; as cargas podem ser bolas ou hastes de aço, ou seixos, e são frequentemente utilizados a seco para moer clínquer de cimento, gesso e fosfato. Os moinhos tubulares que possuem apenas um compartimento e uma carga de partículas duras de minério peneiradas como meio de moagem são conhecidos como moinhos de seixos. Eles apresentam vantagem sobre os moinhos de bolas quando é necessário evitar a contaminação por ferro. Como o peso das pedrinhas por unidade de volume é de cerca de 35% a 55% do peso das esferas de aço, e como a potência consumida é diretamente proporcional ao peso da carga, o consumo de energia e a capacidade dos moinhos de pedrinhas são, consequentemente, menores. Assim, em um determinado circuito de moagem, para uma determinada taxa de alimentação, um moinho de seixos seria muito maior do que um moinho de bolas, com custo de capital correspondentemente mais alto.

Os moinhos de bolas podem ser moinhos simples de transbordamento com munhão, operados em circuito aberto ou fechado, ou moinhos com descarga por grelha (descarga de baixo nível). O último tipo é equipado com grelhas de descarga entre o corpo cilíndrico do moinho e o munhão de descarga. A polpa pode fluir livremente pelas aberturas da grelha e é, em seguida, elevada até o nível do munhão de descarga (Fig. 5.10). Esses moinhos apresentam um nível de polpa mais baixo do que os moinhos de transbordamento, reduzindo assim o tempo de permanência das partículas no moinho. Consequentemente, ocorre pouca moagem excessiva e o produto contém uma grande fração de material grosso, que é devolvido ao moinho por algum tipo de dispositivo de classificação. Os moinhos de descarga por grelha geralmente aceitam uma alimentação mais grossa do que os moinhos de transbordamento e não precisam moer tão finamente; a principal razão é que, com muitas bolas pequenas formando a carga, a área aberta da grelha fica obstruída muito rapidamente. O moinho de transbordamento com munhão é o mais simples de operar e é utilizado na maioria das aplicações de moinhos de bolas, especialmente para moagem fina e remoagem. Estima-se que o consumo de energia seja cerca de 15% menor do que o de um moinho com descarga por grelha do mesmo tamanho, embora as eficiências de moagem dos dois moinhos sejam semelhantes.

Moinho de descarga por grelha

Os circuitos de moagem de maior capacidade na indústria de mineração utilizam moinhos de moagem autógena (AG) ou semiautógena (SAG). Um moinho AG é um moinho de tambor que utiliza o próprio minério como meio de moagem. O minério deve conter fragmentos resistentes suficientes para atuarem como meios de moagem e, de preferência, ter alta densidade (s.g.), o que, por exemplo, favorece a moagem AG de minérios de ferro (s.g. 4 contra 2,7 para minérios com alto teor de silicato). Um moinho SAG é um moinho autógeno que utiliza esferas de aço além dos meios de moagem naturais. As cargas de esferas nos moinhos SAG têm se mostrado, em geral, mais eficazes na faixa de 4% a 15% do volume do moinho, incluindo os espaços vazios. Na prática sul-africana, os moinhos SAG podem ter uma carga de esferas de até 35% do volume do moinho.

Os moinhos AG/SAG geralmente substituem os dois estágios finais de britagem (secundário e terciário) e a moagem com barras do circuito tradicional. Isso oferece algumas vantagens em relação ao circuito tradicional: menor custo de capital, capacidade de processar uma ampla variedade de tipos de minério, incluindo matérias-primas pegajosas e argilosas, fluxogramas relativamente simples, equipamentos de grande porte disponíveis, menor necessidade de mão de obra e menor consumo de aço. O uso da moagem AG/SAG cresceu a tal ponto que muitas plantas existentes estão se adaptando a essa tecnologia, enquanto novas plantas raramente consideram um projeto que não a inclua. Isso pode não se manter no futuro, já que novas tecnologias, como a britagem fina, os rolos de moagem de alta pressão e a moagem ultrafina (moagem agitada), oferecem opções alternativas de fluxogramas. Um esquema de várias seções do moinho de moagem autógena é mostrado na Fig. 5.11. Os moinhos AG ou SAG são definidos pela relação de aspecto do projeto do invólucro do moinho e pelo mecanismo de descarga do produto. A relação de aspecto é definida como a razão entre o diâmetro e o comprimento. As relações de aspecto geralmente se enquadram em três grupos: moinhos de alta relação de aspecto, nos quais o diâmetro é de 1,5 a 3 vezes o comprimento; “moinhos quadrados”, nos quais o diâmetro é aproximadamente igual ao comprimento; e moinhos de baixa relação de aspecto, nos quais o comprimento é de 1,5 a 3 vezes o diâmetro. Os maiores moinhos SAG têm até 12 m de diâmetro por 6,1 m de comprimento, acionados por um motor com potência superior a 20 MW. Muitos moinhos de alta relação de aspecto, particularmente as unidades de diâmetro maior, possuem extremidades cônicas em vez de planas. Portanto, deve-se prestar atenção à definição do comprimento do moinho. No interior da câmara de moagem, o moinho é revestido com placas de desgaste fixadas por barras elevadoras aparafusadas ao invólucro. As barras elevadoras são essenciais para reduzir o deslizamento da carga do moinho, o que causa desgaste rápido dos revestimentos e também prejudica a ação de moagem. A forma e a geometria das barras elevadoras, especialmente a altura e o ângulo da face, têm influência significativa no desempenho da moagem e nas taxas de desgaste. A grade é utilizada para reter os meios de moagem e pedaços grandes de rocha, permitindo que partículas finas e a pasta

Esquema de várias seções de um moinho AG

para passar. As aberturas da grade podem ser quadradas, redondas ou em forma de fenda, com tamanhos que variam de 10 mm a 40 mm. Em algumas instalações, há grandes orifícios na grelha, variando de 40 mm a 100 mm, denominados “portas para seixos”, que permitem que os seixos sejam extraídos e triturados (até 12-20 mm) antes da recirculação para o moinho.

A pasta contendo partículas menores que as aberturas da grelha é descarregada nas câmaras do elevador de polpa.

Os elevadores de polpa, dispostos radialmente, conforme mostrado na Fig. 5.12, giram junto com o moinho e elevam a pasta para o munhão de descarga, levando-a para fora do moinho. Cada câmara do elevador de polpa é esvaziada antes de seu próximo ciclo para criar um gradiente através da grelha, facilitando o transporte da pasta da câmara de moagem para as câmaras do elevador de polpa. Existem dois tipos de projeto de elevador de polpa: radial e curvo, também conhecido como espiral; consulte a Fig. 5.12. O tipo radial (ou reto) é mais comum na indústria de beneficiamento de minerais. Enquanto a maior parte da pasta que passa pela grelha é descarregada do moinho pelo munhão de descarga, uma parte da pasta na câmara do elevador de polpa retorna para o moinho à medida que este gira.

Modelos convencionais de elevador de polpa