Moagem

Instalações da Mina do Sossego

IAvaliação de dferenes técnicas de análise de tamanho departículas para amostras do circu~ode remoagem do SossegoLimaverde, M.S. V.1, Bergerman, M.G.2, De/bani [unior, H.3

Aimportância dos materiais particuladosna sociedade moderna tem se tornadocada vez mais notável. Na indústria mi-

neral, mais especificamente na área de processos,cujo objetivo principal é a obtenção de produtoscom propriedades específicas, os sistemas demateriais particulados exercem um papel deextrema importância desde o minério lavradoaté o concentrado final.

Meloye Clark (1986) afirmam que, na áreade beneficiamento mineral, as seguintes carac-terísticas das partículas são importantes parase determinar o comportamento das mesmas:

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tamanho, densidade, características superficiaise forma. De acordo com Rhodes (2008), a ca-racterização de tamanhos só pode ser realizadade forma fácil e acurada para populações quecontenham apenas partículas esféricas ou cúbi-cas. Entretanto, é preciso lembrar que partículasreais possuem formas que requerem mais deuma dimensão para descrevê-Ias.

Tamanho de partículasA caracterização dos tamanhos de partículas

difere das outras formas de caracterização demateriais, uma vez que, se não para partículas

homogêneas e esféricas, um único resultado detamanho não é facilmente obtido. Para partículasnão regulares, diversos diâmetros podem ser uti-lizados para a caracterização dos tamanhos, umavez que essas partículas possuem três dimensões.

Geralmente, o diâmetro das partículas éexpresso em termos do diâmetro da esfera equi-valente. Esse diâmetro reproduz o diâmetro deesferas com propriedades geométricas ou físicassemelhantes às das partículas não esféricas, sendoque uma lista dos diâmetros equivalentes mais CQ-

mumente empregados na caracterização física departículas pode ser observada em Allen (1997).

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MoagemResumo

A caracterização física de partículasé de extrema importância para a indústriamineral como um todo. O comportamentodas partículas em circuitos de britagem emoagem, operações de concentração e se-parações sólido-líquido é altamente depen-dente dos seus tamanhos. Existe hoje umaampla gama de métodos de análise detama-nho de partículas baseados em diferentestécnicas e diferentes princípios físicos,medindo diâmetros equivalentes distintos.Como consequência, os resultados obtidoscom tais análises apresentam significadospróprios, o que muitas vezes não é levadoem consideração. Este trabalho apresentaum estudo comparativo de diferentes téc-nicas de análise de tamanho de partículaspara amostras do circuito de remoagem deminério de cobre da mina do Sossego, daVale. As técnicas estudadas foram: análisedinâmica de imagens (CAMSIZER XT); clas-sificação (Cyclosizer); espalhamento de luzlaser de baixo (Malvern Mastersizer 2000);e peneiramento. Concluiu-se que a seleçãodo método mais adequado depende de umasérie de fatores, tais como: qualidade, custo,tempo e faixa de aplicação dos ensaios.

PALAVRAS-CHAVE: Distribuição detamanho de partículas; caracterização tec-nológica; cobre.

Técnicas de análise detamanho de partículas

Segundo Davies (2001), os métodos deanálise de tamanho de partículas podem serclassificados em seis grupos, sendo eles: Mé-todos visuais; Métodos 'de separação; Métodosde varredura de fluxo; Métodos de varredura decampo; Sedimentação; e Métodos de superfície.

Cada método possui uma faixa de aplicação,conforme ilustrado na tabela 1, que é dada peloslimites de medição e de detecção. O primeirocaracteriza a faixa em que a medição é restrita,ou seja, partículas fora dessa faixa tambémsão detectadas e quantificadas. Conforme, porexemplo, o peneiramento. Já no segundo caso,partículas fora da faixa de detecção não sãoreconhecidas, apesar de o método considerá-Iascomo distribuídas dentro da mesma.

A análise dinâmica de imagens é um métodoóptico-eletrônico, que mede tamanho e formade partículas através da análise de imagens por

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10090

~80.g 70lU

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"~-•••••-0,5 5 Tamanho (um) 50 500

-CAMSIZER Xl -Peneiramento

Figura 1 - Resultados dos ensaios no CAMSIIER XT e por peneiramento para a amostra UF2

fluxo dinâmico, em duas dimensões. O equipa-mento CAMSIZER XT, fabricado pela empresaRetsch Technology, fornece resultados tanto detamanhos de partículas quanto de aspectos mor-fológicos das mesmas, tais como: esfericidade,relação de aspecto, convexidade e simetria. Osresultados podem tanto ser expressos em malhasde peneiras da série Tyler e ASTM como emquaisquer outras faixas definidas pelo usuário.

A medição da distribuição de tamanhos sedá-se pela avaliação, através de um software,das projeções das partículas, que se movem poração da gravidade, ar comprimido ou fluido,no campo de medida. Conforme Westermann(2010), a velocidade de medição é de cerca de275 imagens por segundo, com aproximada-mente 100 partículas por imagem. Para isso sãoutilizadas duas câmeras alinhadas e opostas aduas fontes de luz, que realizam a iluminação.Uma das câmeras, com alta resolução, detectapartículas menores em um pequeno campo demedida. A outra, com menor resolução, detectapartículas maiores.

A classificação, aqui referida como separaçãode partículas por tamanhos em meio fluido, ge-ralmente água ou ar, tem por base o movimentodas partículas, suspensas em diferentes pontos,sob diferentes forças, que podem ser gravita-cionais, centrífugas ou de coriolis. O cyclosizer,equipamento utilizado, é composto por cicloneshidráulicos elutriadores, que realizam classifica-ção sequencial.

As medições por espalhamento de luz laserde baixo ângulo, realizadas no Malvern Master-sizer 2000, se enquadram nos métodos de var-redura de campo. Segundo Allen (1997), nesses

métodos a distribuição de tamanhos de umapopulação de partículas é inferida pela interaçãoentre a população e o dispositivo de medida.

A distribuição de tamanhos gerada tende aser ampliada, devido ao fato de que as partículassão medidas em todas as direções. Assim, partí-culas finas tendem a dar maior peso ao final daparte fina da distribuição.

O peneiramento, considerado por Heywood(1970) como sendo a Cinderela dos métodos deanálise de tamanho de partículas é, certamente,o método mais utilizado, que faz o trabalho maisduro e recebe o menor crédito.

O procedimento operacional consiste ini-cialmente na colocação de uma amostra sobreuma superfície e na agitação da mesma. A se-paração depende somente da largura máxima eda espessura máxima das partículas, sendo queo comprimento só afetará de fato o processo sefor excessivo.

ObjetivosPretende-se ,com a realização do presente

trabalho, confrontar estimativas obtidas paratamanhos e distribuições de tamanhos de par-tículas através de diferentes técnicas de análise,comparando características tais como, qualida-de, tempo e custo dos ensaios e estabelecendo,desse modo, vantagens e desvantagens de cadamétodo. Cabendo ainda ressaltar que a escolhade um método mais adequado não fez necessa-riamente parte do escopo deste trabalho.

Materiais e MétodosA realização dos ensaios contou com amos-

tras de minério de cobre da mina do Sossego, que

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-CAMSIZERXT -Malvern -Peneiramento -Cycllosize

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Figura - Resultados para o CAMSIZER Xl, Malvem, peneiramento e Cyclosizer, o para a amostra DMVl

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5 Tamanho (Ilm) 50-CAMSIZERXT -Malvern

0,5 500

Figura ,Resultados para o CAMSIZER XT e o Malvem para a amostra A12

Tabela - Resultados obtidos para repetitividade para o CAMSIZER XTDesvio Padrão Relativo (%1

Tamanho CAMSIZER XT Malvern Peneiramento{JImld9S 10 1,3 2,4

dso 8,2 1,5 2

dso 6,3 1,7 4,5

dlO21,7 4,4 *

"Us valores de dlO não são de possível obtenção devido à faixa de medição do método.

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- ----------------

tou melhores resultados quanto à detecção departículas finas, abaixo de 1 flm, uma vez quenenhum dos outros permitiu a medição de va-lores inferiores a esta faixa de tamanho.

Os resultados dos peneiramentos foramobtidos com limite inferior de medição, quecaracteriza a faixa em que a medição é restrita.neste caso, o valor da menor abertura emprega-da, de forma que todas as partículas menores queesse valor foram consideradas como undersiz.e.Diante deste fato, é possível verificar que o mé-todo não é adequado para amostras com grandenúmero de partículas menores que amenoabertura de peneira utilizada, como é o casodas amostras de concentrado final estudadas,

Tratando-se de determinação da qualidadedos ensaios, podem ser observados, na tab3, os resultados de desvios padrões relativosobtidos para os ensaios realizados através doCAMSIZER XT, Malvern, e peneiramentos.

É fundamental ressaltar que os desvios pa-drões relativos obtidos têm acentuado aumentquando se trata de diâmetros menores, no cd50 e dlO, com destaque para o CAMSIZER >..-:-que apresentou valores de até 21,7% no estuda repetitividade do dIO. Tal conjuntura podeser justificada pela dificuldade de manipula, -de amostras contendo partículas de tamanh -inferiores a 50 flm.

Devido à restrição na faixa de aplicaçãométodo de sedimentação gravitacional optou-por estudar a repetitividade do mesmo a partirda porcentagem de material retido por tamanhde partícula medido e não por valores de d9:d80, d50 e dIO. Os desvios padrões relativ sem porcentagem, para os tamanhos de 31, ..:16,11, e 8 um, foram, respectivamente, 4,9; 9,:::

10,5; 7,8; e 4,9.Os resultados obtidos de estimativa de -

manha de partículas não possuíram uma fode comparação direta. Cada método estuda'demonstrou possuir características próp , -sendo algumas vantajosas e outras nem t -Dessa forma foi possível estabelecer parã :-tros de comparação para facilitar a escolha -um método mais adequado, conforme suga tabela 5.

A escolha deverá levar em conta a siem que a medida será realizada. Por exernem um caso em que se precisa de uma me - -contínua com boa repetitividade, recomendaa realização de ensaios por espalhamento delaser de baixo ângulo, já no caso de se dobter resultados para partículas grosseiras,recuperação de alíquotas de frações discretas.peneiramento é o método mais adequado.

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Moagem

Análise dinâmica de Classificação (Cyclosizer) Espalhamento de luz laser de Peneiramentoimagens (CAMSIZER XT) baixo ângulo (Malvern)

Custo aproximado do R$ 200,00 R$ 500,00 R$ 150,00 R$ 350,00ensaioCusto de aquisição do Alto Médio Alto Baixoequipamento

Grau de automação Alto Baixo Alto Nenhum

Massa aproximada de Um grama Cinquenta gramas Cinco gramas Trezentos gramasamostra utilizadaInfluência da Alta Alta Alta Médiahabilidade do operadorQualidade dos ensaios Média Média Boa Boa loS

Tempo aproximado Cinco minutos Uma hora Cinco minutos Três horas Yc

Possibilidade deÉ possível É possível

Ecrecuperação de Não é possível Não é possível Cíalíquotas discretasDiâmetro equivalente Possibilidade de seleção Da área projetada De volume Da peneira tamedido em diferentes bases 9.;Faixa de aplicação 1 ·3.000 lu.(jJm)

30·30.000 4-45 0,02 - 2.000 5 - 100.000

Cada método estudado demonstrou possuircaracterísticas próprias, sendo algumas vantajo-sas e outras nem tanto. A análise dinâmica deimagens através do CAMSIZER XT apresentoudiversas opções de resultados, tais como, maisde um diâmetro equivalente, forma e superfícieespecífica. Além disso, os ensaios apresentaramboa correlação com o peneiramento, métodomais utilizado na indústria mineral.

Todavia, quando se considerou sua repeti-tividade, o método perdeu robustez. Valores dedesvio padrão relativo altos foram observadostanto nas frações extremas. Tal fato pode tersido acarretado pela dific'uldade de se obter umaamostra representativa com a massa necessáriapara a realização do ensaio, bem como por umapossível aglomeração da amostra, uma vez que,para evitar algum tipo de quebra, optou-se pornão utilizar o dispositivo de ultrassom nas me-didas. Estudos acerca de tal fato estão sendo re-alizados de modo que possivelmente erros comoesses possam ser minimizados futuramente.

A classificação se mostrou um método dedifícil execução e interpretação dos resultados,o que justificou seu custo elevado. Entretanto,é importante levar em conta que fatores comotempo de medida e possibilidade de recuperaçãode alíquotas com frações discretas forneceramao Cyclosizer destaque.

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Os ensaios por espalhamento de luz laser debaixo ângulo através do Malvern se mostraramextremamente eficientes quando são desejadosresultados rápidos, com elevada qualidade econfiabilidade. Além disso, é valido destacar suaeficiência na medição de partículas de pequenodiâmetro, o que faz com que o método sejapraticamente imbatível nessa faixa de tamanhos.

O peneiramento demonstrou fazer jus à suapopularidade, uma vez que, apesar da faixa deaplicação com limite inferior restrito, apresentoubons resultados frente à repetitividade, alémda extrema facilidade operacional. É válidoconsiderar que apesar do custo do ensaio serligeiramente elevado quando comparado aosdemais, o custo de aquisição do equipamentoutilizado é inferior.

Em face do exposto, também é necessárioconsiderar que cada método possui sua própriaforma de medição e, assim, apresenta valoresdistintos de tamanhos de partícula, que, sedesejado, podem ser combinados com a devidacorreção.

Conclusões e RecomendaçõesComo principal conclusão, o presente traba-

lho demonstrou que de acordo com o princípiode medida empregado no método de análise detamanhos de partículas é obtido um tipo de diâ-

metro equivalente. Assim, diferentes resultadosde distribuição de tamanhos são obtidos parauma mesma amostra.

A escolha do método mais adequado estádiretamente associada a diversos fatores, comofaixa de tamanho em que se encontra a amostra,custo e tempo despendídos, qualidade desejada,massa disponível, possibilidade de recuperaçãode alíquotas com frações discretas, meio desuspensão, impacto da habilidade do operadornos resultados, diâmetro equivalente adequadoe grau de automação.

Nunca é demais insistir que não existe méto-do melhor ou pior, uma vez que a adequação dométodo varia conforme os fatores já citados. Domesmo modo, recomenda-se que comparaçõesdiretas entre as técnicas sejam evitadas, a não serque para a mesma técnica ou com a aplicaçãocorreta de fatores de correção e que para qual-quer distribuição de tamanhos de partículas, ométodo de medição deve ser citado, evitando-se,assim, uma possível interpretação errônea dosresultados.

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DAVIES, R. Size measurement. In: Powder techno-

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CASolL

~~--- - --~-~~--- -- ---~-~-- - ~~ - - - - - - ~ - - -

, Tabela - Faixas de tamanho recomendadas para cada método de determinação de tamanho de partículas(WILLS e NAPIER·MUNN, 2006, Adaptado pela autora)~ --- - -- ---- -~ __ o -- ---- ---- - -- ~- ~~ - - - - -

Método Seco ou úmido Fracionamento da amostra Faixa de aplicação (jJm)

Peneiramento Ambos Sim 5 - 100.000Difração a laser Ambos Não 0,1 - 2.000

Microscopia óptica Seco Não 0,2 - 50Microscópio eletrônico de varredura Seco Não 0,005 - 100

Elutriação (cyclosizer) Úmido Sim 4-45Sedimentação (gravidade) Úmido Sim 1 - 40Sedimentação (centrífuga) Úmido Sim 0,05·5

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1Universidade de São Paulo. stella.limaverde@usp.br

2Universidade Federal de Alfenas. mauricio.bergerman@unifal-mg.edu.br

3Universidade de São Paulo. hdelboni@usp.br

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