Centrífugo beneficiamento de minerais

A concentração centrífuga é um método de separação por gravidade que utiliza a diferença na força centrífuga inercial gerada pelas partículas minerais em um fluxo rotativo de polpa para separar as partículas de acordo com a densidade. Em um campo gravitacional, à medida que o tamanho das partículas diminui, a força de sedimentação e a velocidade de sedimentação diminuem rapidamente, e a eficiência de separação e a capacidade de processamento do equipamento também diminuem proporcionalmente. A força centrífuga inercial gerada pelo fluxo rotativo da pasta é dezenas a centenas de vezes maior do que a gravidade, aumentando assim consideravelmente a taxa de estratificação das partículas minerais e melhorando a capacidade de processamento do equipamento.

Os concentradores centrífugos têm grande capacidade de processamento e baixo custo de separação, o que os torna adequados para o processamento de minérios de grão fino; no entanto, sua taxa de enriquecimento é baixa, e eles são geralmente utilizados para a etapa de pré-concentração.

Os concentradores centrífugos dividem-se, basicamente, em duas categorias: aqueles que geram força centrífuga por meio da rotação do corpo da máquina e aqueles que geram força centrífuga por meio do fluxo rotativo rápido da pasta. A primeira categoria inclui concentradores centrífugos horizontais e verticais, enquanto a segunda inclui hidrociclones de cone curto, etc.

2.7.2 Equipamentos de concentração centrífuga

2.7.2.1 Concentrador centrífugo horizontal

Sua estrutura é mostrada na Figura 2-40. Ela foi desenvolvida com sucesso pela Yunnan Tin Industry Company, no meu país, em 1964. Consiste em duas partes: a unidade principal e o mecanismo de controle. A unidade principal é um tambor cônico truncado posicionado horizontalmente. Durante a operação, a pasta é alimentada tangencialmente na parede do tambor por meio de um bocal de alimentação plano. Ao girar com o tambor, ela flui ao longo da superfície axial inclinada da parede do tambor, causando estratificação. As partículas minerais mais pesadas da camada inferior depositam-se na parede do tambor, enquanto as partículas minerais mais leves da camada superior são descarregadas junto com a pasta na extremidade posterior do tambor como rejeitos. Quando as partículas minerais pesadas atingem uma determinada espessura, a alimentação é interrompida e água sob alta pressão é introduzida por meio do bocal de lavagem para levar as partículas minerais pesadas para baixo, formando o concentrado. A alimentação, a interrupção da polpa, a lavagem para obtenção de rejeitos e a formação do concentrado são todas realizadas periodicamente pelo mecanismo de controle.

Figura 2-40 Estrutura do concentrador centrífugo de estanho de Yunnan, φ800×600

1 – Funil de alimentação; 2 – Bocal de lavagem; 3 – Bocal de alimentação superior; 4 – Tambor rotativo; 5 – Chassi; 6 – Calha de recepção; 7 – Tampa protetora; 8 – Separador; 9 – Válvula de diafragma; 10 – Válvula de três vias; 11 – Motor; 12 – Bocal de alimentação inferior; 13 – Bocal plano para água de lavagem

Os concentradores centrífugos utilizam a força centrífuga em vez da gravidade em canais planos para a separação de minerais, aprimorando o processo de separação por filme. Os concentradores centrífugos horizontais são utilizados para separar minérios de tungstênio, estanho e ferro com tamanho de partícula de 0,15 a 0,01 mm, alcançando índices de enriquecimento de 1,5 a 3. O minério de ferro pode ser processado para se obter um concentrado final, enquanto o tungstênio e o estanho exigem um ajuste mais preciso com equipamentos adicionais para se obter o concentrado final.

Os concentradores centrífugos a jato são um tipo recém-desenvolvido de concentrador centrífugo horizontal, desenvolvido com sucesso pelo Instituto Geral de Pesquisa em Mineração e Metalurgia de Pequim no início da década de 1990. Sua estrutura, conforme mostrado na Figura 2-41, consiste em um tambor giratório, placa de distribuição, tubo de alimentação, tubo de água e injetor a jato. A pasta é alimentada diretamente no interior do tambor, enquanto água limpa de baixa pressão é alimentada na placa de distribuição. A água limpa transborda da placa de distribuição, impulsionando as partículas minerais superiores ao longo da inclinação longitudinal do tambor em direção à extremidade de descarga. A variação do ponto de impacto da água jateada cria um açude hidráulico ao redor da circunferência do tambor, fazendo com que o leito alterne entre afrouxamento e compactação, aumentando assim o efeito de cisalhamento e estratificação da força de Baynoh. O tambor de φ1200 mm gira a uma alta velocidade de 600–700 rpm, gerando uma força centrífuga 240–326 vezes mais forte que a gravidade, o que permite que partículas minerais úteis extremamente finas se depositem no tambor. A água jateada solta o leito, empurrando os minerais mais pesados no fundo em direção ao interior do tambor e, por fim, descarregando-os como concentrado pela porta de descarga. O limite de recuperação do tamanho das partículas para o tratamento de lodo de minério de estanho fino pode chegar a 0,003 mm. Além de tratar lodo de minério de estanho, o equipamento também pode ser utilizado para tratar lodos de grãos finos difíceis de processar, como ouro, tungstênio, tântalo, nióbio e elementos de terras raras.

Figura 2-41 Diagrama do princípio de funcionamento de um concentrador centrífugo a jato

1 — Tambor; 2 — Placa de distribuição de água limpa; 3 — Tubo de alimentação; 4 — Jato de água; 5 — Saída de concentrado; 6 — Saída de resíduos

Os concentradores centrífugos verticais consistem em um tanque de classificação montado verticalmente que gira em torno de seu eixo. Entre os tipos mais comuns estão os separadores centrífugos de ouro em cone e os separadores centrífugos de disco.

A estrutura de um separador centrífugo de ouro do tipo cone é mostrada na Figura 2-42. O tanque de classificação é um cone truncado invertido montado sobre um eixo vertical inferior. A superfície do cone possui ranhuras anulares. A pasta é alimentada na parte inferior do disco do cone de classificação por meio de uma tremonha de alimentação. À medida que o disco cônico gira, a pasta flui para cima ao longo da parede interna, e as partículas minerais são estratificadas de acordo com a densidade. As partículas mais pesadas se deslocam em direção à parede do disco e entram nas ranhuras, enquanto as partículas mais leves fluem para cima com a pasta e são descarregadas pela parte superior na calha de rejeitos. Quando as partículas pesadas preenchem as ranhuras, a alimentação é interrompida e a máquina é desligada. A válvula inferior é aberta manualmente, e água sob alta pressão é utilizada para lavar as partículas pesadas para a calha de concentrado. Este equipamento é utilizado principalmente para o beneficiamento de depósitos de ouro aluvial e para a beneficiamento preliminar de pequenos depósitos de ouro em veios. O tamanho das partículas de alimentação é de 0 a 10 mm. O equipamento possui uma estrutura simples, é fácil de operar, apresenta alta taxa de enriquecimento por separação e pode atingir uma taxa de recuperação de ouro superior a 90%, consumindo relativamente pouca água.

Figura 2-42 Separador centrífugo de cone

1 — Tubo de alimentação; 2 — Tampa superior; 3 — Grade de borracha; 4 — Disco cônico; 5 — Disco de distribuição de polpa; 6 — Disco de projeção de água; 7—Assento do rolamento superior; 8—Polia; 9—Estrutura; 10—Assento do rolamento inferior; 11—Eixo oco; 12—Motor; 13—Carcaça externa

A estrutura do separador centrífugo de disco é mostrada na Figura 2-43 e é basicamente a mesma do concentrador centrífugo de ouro. O disco separador é um disco hemisférico com ranhuras anulares em sua parede interna. O processo de separação e o método de operação são os mesmos do concentrador centrífugo de ouro. Ele é utilizado para separar minérios de ouro aluvial e de veios com granulometria de 0 a 10 mm. Apresenta alta taxa de enriquecimento e alta taxa de recuperação. No entanto, a forma hemisférica do disco separador torna sua fabricação mais difícil.

Figura 2-43 Concentrador de disco centrífugo

1 — Cobertura à prova de areia; 2 — Tanque de rejeitos; 3 — Disco concentrador hemisférico; 4 — Motor; 5 — Eixo horizontal; 6 — Estrutura do motor; 7 — Estrutura

Figura 2-44 Hidrociclone de cone curto φ300

1 — Tubo de alimentação; 2 — Tubo de transbordamento; 3 — Orifício de escoamento inferior

2.7.2.3 Hidrociclone de cone curto

Sua estrutura é mostrada na Figura 2-44. A diferença em relação a um hidrociclone convencional é o ângulo do cone mais amplo. O ângulo do cone do hidrociclone de cone curto é de 90° a 120°, e o cone é particularmente curto. Durante a operação, a polpa entra no cilindro tangencialmente a partir de uma bomba de areia ou de um tanque de pressão de alto nível. A polpa se move para baixo em um movimento espiral, e as partículas minerais se organizam radialmente de acordo com suas velocidades de sedimentação. As partículas mais leves ou finas, com velocidades de sedimentação mais baixas, são descarregadas pelo tubo de transbordamento central, enquanto as partículas mais grossas ou pesadas se deslocam em direção à parede do recipiente e são transportadas para baixo. Devido ao maior ângulo do cone, a polpa que flui para baixo ao longo da parede do recipiente é obstruída, formando assim um leito rotativo no fundo do cone. Dentro do leito do hidrociclone, as partículas minerais são soltas e estratificadas por meio de um movimento de cisalhamento rotacional. Os minerais mais leves ficam na parte superior e são transportados pelo líquido que flui para cima até o tubo de transbordamento para descarga. Os minerais mais pesados ficam na parte inferior e são descarregados pela saída de fluxo inferior.

Um hidrociclone composto com meio aquoso ligeiramente modificado também é um tipo de hidrociclone de cone curto. Sua característica principal é que ele é composto por três seções de cones com diferentes graus de inclinação, os quais aumentam gradualmente da parte superior para a inferior.

A parte inferior do hidrociclone de cone curto também pode ter formato de arco, com ranhuras anulares na superfície interna, o que pode melhorar a taxa de enriquecimento durante o beneficiamento do ouro e potencializar o efeito de separação do hidrociclone de cone curto.

Os hidrociclones de cone curto são utilizados principalmente para a separação preliminar de ouro aluvial e também para o beneficiamento de carvão. Na separação de ouro aluvial com granulometria inferior a 1 mm, a taxa de recuperação de ouro pode chegar a 95% com uma relação de enriquecimento de dez.