Revestimentos magnéticos

O princípio de funcionamento dos revestimentos magnéticos consiste no fato de o revestimento ser feito de material magnético. Por meio da força magnética, objetos de aço (especialmente meios de moagem – esferas de aço) e/ou minerais magnéticos (como a magnetita) são atraídos para a superfície do revestimento, formando uma camada protetora sólida que passa a fazer parte do próprio revestimento (conforme mostrado nas Figuras 5-24 e 5-25).

Blocos magnéticos permanentes para o invólucro metálico de um moinho revestido de borracha

Figura 5-24 Revestimentos magnéticos antigos

Figura 5-25 Diagrama típico de revestimento magnético

Figura 5-26 (mencionado, mas não mostrado)

Em 1975, Andersson propôs pela primeira vez o uso de revestimentos magnéticos em moinhos de tambor. Como os próprios revestimentos são magnéticos, eles podem ser fixados diretamente ao corpo do moinho por meio da força magnética, sem a necessidade de sistemas de fixação aparafusados (conforme mostrado na Figura 5-26), facilitando a instalação e a substituição. Posteriormente, em 1982, Weinert propôs uma aplicação para uma gama mais ampla de equipamentos sujeitos a alto desgaste. No mesmo ano, Anon estudou e testou revestimentos magnéticos em moinhos de tambor, nos quais a energia de moagem era transmitida ao minério inteiramente por meio dos revestimentos magnéticos. Nesses moinhos, o formato ideal do revestimento deve ser liso, mas deve possuir força de atração suficiente para reter o material ferromagnético na superfície, a fim de impedir o deslizamento da carga do moinho contra o revestimento. Desde meados da década de 1980, a China passou a dar grande ênfase à pesquisa, ao aprimoramento e à promoção de revestimentos magnéticos. O componente central de um revestimento magnético é o ímã permanente, que deve ter produto de energia magnética e força coercitiva suficientes para gerar um campo magnético forte o bastante na superfície do revestimento e para resistir à desmagnetização.

Os primeiros revestimentos magnéticos eram fabricados por meio da incorporação de blocos magnéticos de cerâmica em estruturas de borracha. A prática de produção comprovou que eles eram muito eficazes em operações de moagem secundária. Um exemplo típico desse tipo de revestimento era o revestimento magnético “ore-bed”, desenvolvido pela Trelleborg (conforme mostrado na Figura 5-24). Esse revestimento consistia em blocos magnéticos envoltos em caixas de borracha, fixados ao corpo do moinho, ao mesmo tempo em que atraíam material ferromagnético para formar uma camada protetora. Em 1980, esses revestimentos magnéticos foram instalados em um moinho de seixos de remoagem no concentrador da LKAB em Kiruna, na Suécia. Outro conjunto foi instalado na fábrica da Trellex em Westbury para o minério de óxido de areia ferrosa da Blue Circle. Nesses casos, os revestimentos utilizavam ímãs cerâmicos vulcanizados na borracha para proteger o moinho, mas a resistência à tração e ao rasgo da borracha não eram altas o suficiente para resistir ou absorver o impacto da carga do moinho sobre os ímãs subjacentes, e os próprios ímãs eram muito frágeis. Consequentemente, esses revestimentos limitavam-se a aplicações em que o diâmetro das esferas de moagem era inferior a 40 mm (1,5 pol.) e o diâmetro do moinho era inferior a 3 m (10 pés). Para moinhos de grande porte, os meios de moagem precisavam ter menos de 25 mm (1 pol.). Além disso, os revestimentos magnéticos de borracha só podiam ser usados no corpo do moinho, e não nos revestimentos das extremidades.

Para proteger ainda mais os ímãs nos revestimentos, Miles patenteou um projeto de revestimento magnético no qual placas de metal foram colocadas ao redor dos ímãs, evitando assim o impacto direto das esferas de aço que caem dentro do moinho.

Posteriormente, a fim de evitar que os ímãs permanentes fossem danificados pelos meios de moagem e pelo material durante a operação do moinho, a China Metallurgical Mining Group Corporation desenvolveu um revestimento magnético com uma caixa protetora metálica (ou estrutura metálica) que envolve os ímãs, o qual foi denominado revestimento magnético metálico. Às vezes, também era aplicada uma camada elástica, como borracha, à superfície da estrutura metálica para amortecer vibrações e proteger contra a corrosão. Os revestimentos eram fabricados em forma de blocos e podiam ser instalados no corpo do moinho de duas maneiras: uma era fixá-los diretamente ao corpo de aço por meio de força magnética; a outra era fixá-los com barras de fixação e parafusos. Durante a operação do moinho, devido à força magnética, a superfície do revestimento atrai meios metálicos (especialmente esferas de aço quebradas, etc.) e materiais magnéticos, formando uma camada protetora com 30–40 mm de espessura. Essa camada protetora se renova automaticamente e evita o desgaste e a corrosão do revestimento. A espessura da camada protetora depende da intensidade do campo magnético na superfície do revestimento. Em 1989, o Instituto de Pesquisa Mineira de Anshan testou com sucesso esses revestimentos magnéticos metálicos em um moinho de bolas de remoagem com 2,7 m de diâmetro × 3,6 m de comprimento (9,0 pés × 12,0 pés). Posteriormente, em 1992, a Empresa Industrial e Comercial Jinfa da China desenvolveu um revestimento metálico e o instalou em uma mina de ferro no norte da China. Foi relatado que esse revestimento magnético não apresentou danos significativos após 9 anos de serviço. Atualmente, centenas de conjuntos de revestimentos magnéticos metálicos estão em uso em concentradores chineses, sendo que o maior moinho de bolas tem 5,5 m de diâmetro × 8,8 m de comprimento (18,0 pés × 29,0 pés), utilizando meios de moagem cônicos de 35 mm × 45 mm × 40 mm. Em 2006, a Jinfa instalou um conjunto de revestimentos magnéticos metálicos no concentrador de minério de ferro Northshore Mining, da Cleveland-Cliffs, em Silver Bay, Minnesota.

A superfície do invólucro metálico deve apresentar uma alta densidade de fluxo magnético. O aço magnético de alta liga utilizado para o invólucro protetor deve apresentar dureza não inferior a HBW 250, resistência à compressão não inferior a 700 MPa, limite de escoamento não inferior a 400 MPa, redução de área não inferior a 45%, e tenacidade ao impacto superior a 50 J/cm². A base do revestimento do invólucro é uma superfície plana, enquanto a base do revestimento das extremidades é um grande corpo hemisférico convexo plano. A geometria, a forma e a estrutura do invólucro metálico e dos revestimentos das extremidades também têm efeitos significativos no desempenho técnico do revestimento magnético metálico. O ímã permanente é a parte central do revestimento magnético metálico. Além de atrair a camada protetora, o revestimento magnético metálico também deve aderir firmemente ao invólucro e às tampas das extremidades por meio de sua própria força magnética. A camada adesiva é composta por um aglutinante elástico especial, que fixa firmemente os blocos magnéticos no interior do invólucro metálico. A camada adesiva possui boa elasticidade, amortecendo o impacto lento do material e do meio sobre os ímãs e absorvendo a energia do impacto.

O aspecto fundamental do revestimento magnético metálico são suas características de campo magnético. O projeto do circuito magnético adota um sistema magnético aberto, com os revestimentos dispostos alternadamente na direção circunferencial no corpo e nas tampas das extremidades, com os pólos N-S alternando-se.

Tabela 5-10 compara as principais propriedades dos revestimentos magnéticos de borracha mais antigos com as dos revestimentos magnéticos de metal. Percebe-se que o invólucro protetor do ímã, por ser mais rígido, permite que o revestimento magnético de metal seja utilizado em moinhos de bolas maiores e com meios de moagem mais grossos. Neste exemplo, o peso das esferas de aço no moinho com revestimento magnético metálico é 2,4 vezes maior do que no moinho com revestimento magnético de borracha.

Figura 5-26 Exemplo de um revestimento magnético sem parafusos

Tabela 5-10: Comparação entre revestimentos magnéticos de borracha e revestimentos magnéticos de metal

Os revestimentos magnéticos apresentam as seguintes vantagens:

(1) Aumento do volume de moagem. Uma das vantagens dos revestimentos magnéticos metálicos é que eles são mais finos e mais leves do que os revestimentos metálicos convencionais. Portanto, os moinhos que utilizam revestimentos magnéticos apresentam um maior volume efetivo de moagem e também são mais leves. Por exemplo, no moinho de bolas mencionado anteriormente, com 2,7 m de diâmetro × 3,6 m de comprimento (9,0 pés × 12,0 pés), a espessura total de todo o revestimento magnético, incluindo a camada protetora, era de apenas 95 mm (3,75 pol.), o que é significativamente menor do que a dos revestimentos metálicos convencionais. Isso resulta em um maior volume de trabalho de moagem, maior rendimento e maior eficiência de moagem. Em outro caso relatado, um moinho de bolas de 3,2 m de diâmetro × 4,5 m de comprimento (10,5 pés × 14,7 pés) que utilizava revestimentos magnéticos metálicos apresentou uma redução de 7% no consumo de energia operacional, um aumento de 5,6% na produtividade e uma melhoria de 1% na disponibilidade. Resultados semelhantes foram obtidos na mina de Northshore com revestimentos magnéticos metálicos.

Os blocos magnéticos, o invólucro do moinho de bolas e a camada de minério formam um pequeno circuito magnético fechado ao longo da direção circunferencial do invólucro. Em moinhos de grande porte, que geralmente possuem uma porta de inspeção, a instalação de revestimentos magnéticos pode tornar a abertura da porta de inspeção uma tarefa trabalhosa e demorada a cada vez. A solução é utilizar várias portas de bueiro sobressalentes ou deixar a área ao redor da porta do bueiro sem revestimentos magnéticos. Para o circuito magnético entre a porta da boca de inspeção não magnética e os revestimentos magnéticos, os blocos magnéticos próximos à moldura da porta, em ambos os lados, formam um circuito magnético fechado com a moldura da porta e o invólucro; assim, a porta da boca de inspeção não fica magnetizada, facilitando sua instalação e remoção.

(2) Longa vida útil. Quando os revestimentos magnéticos são instalados, eles aderem diretamente ao corpo metálico do moinho por força magnética, sem a necessidade de parafusos. Durante a operação do moinho, o revestimento magnético atrai esferas de aço quebradas e minério magnético para sua superfície, formando uma camada protetora de certa espessura que impede que os meios de moagem em movimento e o material relativamente fino entrem em contato direto com o revestimento. Como a camada protetora está firmemente adsorvida à superfície do revestimento magnético, ela impede o contato direto entre a pasta de moagem e o revestimento, reduzindo consideravelmente o desgaste mecânico e a corrosão eletroquímica causados pela pasta e por outros meios, além de prolongar significativamente a vida útil do revestimento. Por isso, os revestimentos magnéticos são frequentemente chamados de “revestimentos que nunca se desgastam”. No entanto, como o moinho de bolas opera continuamente, ainda há algum atrito por deslizamento e uma leve corrosão eletroquímica, de modo que os revestimentos magnéticos sofrem um desgaste mínimo. À medida que o revestimento magnético se desgasta e se aproxima da superfície do polo magnético, a intensidade do campo magnético na superfície aumenta, o que, por sua vez, aumenta a força de atração magnética, torna a camada protetora mais espessa e reforça a proteção. Portanto, o desgaste inicial dos revestimentos magnéticos é relativamente rápido, mas, à medida que o invólucro protetor metálico se desgasta, a taxa de desgaste diminui proporcionalmente. A vida útil dos revestimentos magnéticos pode chegar a 10 anos ou até mais, enquanto os revestimentos metálicos convencionais duram normalmente menos de um ano. Assim, a vida útil dos revestimentos magnéticos é geralmente de várias vezes a mais de dez vezes maior do que a dos revestimentos de aço com alto teor de manganês, e cerca de 5 vezes ou mais do que a dos revestimentos de borracha. Embora o preço dos revestimentos magnéticos seja cerca de o dobro do preço dos revestimentos comuns, considerando seus custos indiretos mais baixos, o período de retorno do investimento é relativamente curto, geralmente de apenas alguns meses.

(3) Menor consumo de meios de moagem. Em diversas aplicações industriais de revestimentos magnéticos, o uso de revestimentos magnéticos metálicos resultou em uma redução no consumo de meios de moagem de cerca de 10%.

(4) Fácil manutenção. Os revestimentos magnéticos de metal oferecem vantagens significativas em relação aos revestimentos metálicos convencionais em termos de facilidade de manutenção. Um único bloco de revestimento magnético é mais leve e mais fino do que um revestimento convencional de liga de aço. A massa de um revestimento magnético é de apenas cerca de 40% da massa do aço com alto teor de manganês, e sua espessura é de apenas cerca de 60% também. Os revestimentos magnéticos também são mais fáceis de instalar do que os revestimentos convencionais de liga de aço; eles são fixados ao corpo do equipamento por força magnética, sem a necessidade de parafusos, reduzindo a intensidade de trabalho para os operários. Portanto, os revestimentos magnéticos metálicos são fáceis de manter, rápidos de substituir e seguros para remoção e instalação. Em comparação com os revestimentos convencionais de liga de aço, o custo de moagem por tonelada de minério com revestimentos magnéticos metálicos é significativamente reduzido.

(5) Desempenho estável do revestimento. Devido à força magnética dos revestimentos magnéticos metálicos, as esferas de aço adsorvidas e o minério magnético formam um perfil geométrico relativamente estável, que permanece praticamente inalterado ao longo da vida útil do revestimento, que pode chegar a vários anos ou mais. Portanto, os revestimentos magnéticos metálicos proporcionam um desempenho de moagem estável. Isso difere bastante dos revestimentos de liga convencionais, cuja geometria muda continuamente com o desgaste durante o processo de moagem, fazendo com que o desempenho do revestimento varie de acordo com o desgaste. Consequentemente, é necessário realizar ajustes operacionais para compensar o desgaste dos revestimentos de liga de aço. Na prática, para maximizar o desempenho ao longo da vida útil de um revestimento de liga de aço, o ângulo dos revestimentos novos costuma ser definido como muito acentuado; porém, no final da vida útil, as barras de elevação ficam muito baixas, reduzindo a capacidade de elevação e a eficiência de moagem. Ao mesmo tempo, a forma geométrica formada pelo material atraído magneticamente pode levantar o material de maneira eficaz e promover uma moagem em cascata eficiente.

(6) Alta eficiência energética na moagem. É frequentemente relatado que os revestimentos magnéticos metálicos melhoram a eficiência da moagem. As possíveis razões são as seguintes: 1) A geometria da camada protetora formada pela atração magnética afeta a carga do moinho (incluindo os meios de moagem e o minério); os revestimentos magnéticos tendem a tornar a carga do moinho mais compacta do que os revestimentos metálicos convencionais. 2) Também pode haver um efeito magnético residual que aproxima as partículas de minério dos meios de moagem. Ambos os fatores levam a uma cominuição mais eficaz, do tipo atrito, das partículas de minério entre os meios de moagem (esferas de aço), tornando a cominuição entre partículas o mecanismo dominante de fraturamento. 3) O perfil ondulado formado pela atração entre as esferas de aço e os minerais magnéticos contribui para melhorar a eficiência da moagem.

Os revestimentos magnéticos são amplamente utilizados para diversos minerais fortemente, moderadamente e fracamente magnéticos. Os minerais magnéticos incluem: minerais fortemente magnéticos, como a magnetita e a maghemita; minerais moderadamente magnéticos, como a ilmenita e a martita; e minerais fracamente magnéticos, como a maioria dos minérios de ferro-manganês e a hematita. Elas também podem ser utilizadas para minerais não magnéticos, como cobre, ouro, chumbo e zinco. Vale ressaltar que, durante o período inicial de uso do revestimento magnético, é necessário adicionar periodicamente uma certa quantidade de material ferromagnético — como esferas de aço quebradas e sucata de ferro — para ajudar na formação da camada protetora.

Desvantagens: Embora os revestimentos magnéticos ofereçam bons benefícios econômicos na aplicação, eles também apresentam algumas desvantagens. A intensidade do campo magnético na extremidade de alimentação é mais fraca, resultando em uma camada protetora relativamente mais fina, e o impacto direto das esferas de moagem pode causar desmagnetização; por isso, a vida útil do revestimento na extremidade de alimentação não é tão longa quanto a dos revestimentos do casco. São necessárias paradas no meio da vida útil para substituição, o que causa transtornos à produção e afeta a eficiência do equipamento. A instalação exige uma planicidade superficial relativamente alta da parede do casco e das tampas das extremidades; superfícies irregulares não são permitidas. A orientação magnética dos revestimentos magnéticos nas tampas das extremidades de descarga e alimentação deve ser perpendicular à direção da força centrífuga a que estão sujeitos. Os revestimentos magnéticos (incluindo os revestimentos magnéticos metálicos) ainda estão limitados a moinhos de pequeno ou médio porte devido à sua baixa resistência ao impacto. Além disso, os revestimentos magnéticos geralmente não podem ser utilizados em moinhos de bolas cujo diâmetro das bolas exceda 80 mm, pois bolas maiores geram forças de impacto maiores, e a baixa resistência ao impacto dos revestimentos magnéticos pode levar a uma desmagnetização relativamente rápida.