TESTE DE FOLHA COM AGITAÇÃO MECÂNICA DE POLPA E DETERMINAÇÃO DA MASSA DE FILTRADO POR COMPUTADOR

XIX ENTMME- Recife, Pernambuco - 2002.

TESTE DE FOLHA COM AGITAÇÃO MECÂNICA DE POLPA E

DETERMINAÇÃO DA MASSA DE FILTRADO POR COMPUTADOR

LM. Silva

1

,

G.E.Valadão", S.C. Amarante'

1 -Curso de Pós-Gn1duação em Engenharia Metalúrgica e de Minas-Universidade Federal de Minas Gerais. Rua Espírito Santo 35, 8° Andar, Sala 813. CEP30160-030. Belo Horizontc-MG

E-mail: lama c _minas@hotmail.com

2-Departamento de Engenharia de Minas- Universidade Federal de Minas Gerais. Rua Espírito Santo 35, 7" Andar. CEP30 160-030. Belo Horizontc-MG

E-mail:gvaladao@dcmin.ufmg.br

3-Minerações Brasileiras Reunidas S.A.- MBR, Av. de Ligação, 3580. Nova Lima, MG, Brasil CEP34000-000 E-mail: sca@mbr.com. br

RESUMO

O teste de folha ("lcaf test") é usualmente empregado em laborató1io para o dimensionamento c otimização da ftltragcm a vácuo industrial. A metodologia empregada apresenta variações no procedimento não havendo uma padroni/.ação. A agitação manual da polpa é normalmente empregada considerando-se principalmente uma correlação de dados com ftltros industriais de disco e de tambor. O objctivo deste trabalho é desenvolver uma montagem que permita a realização do teste de folha, cm laboratório, com as seguintes características: agitação mecânica da polpa com rotação variável. controle por computador da massa de filtrado em função do tempo de filtragem, simplicidade de operação c resultados comparáveis ao teste de folha com agitação m<umal. Foram utilizadas 2 amostras com distribuição granulométrica diferente tendo, contudo, a hcmatita (Fe₂

0)

como fase mineralógica predominante. Os testes de filtragem foram realizados utilizando-se a montagem desenvolvida com agitação mecânica e com agitação manual. Os resultados indicaram: a) boa reprodutibilidade dos testes feitos com agitação mecânica; b) boa correlação entre os resultados obtidos com agitação mccànica c aqueles obtidos com agitação manual; c) boa possibilidade para utilização da montagem, cm testes de laboratório, para o dimensionamento e a otimização da ftltragem realizada industrialmente por filtros de disco.

PALAVRAS-CHAVE: lcaf test, filtragem, agitação de polpa, teste de folha

1.

INTRODUÇÃO

Devido

à

importância da filtragem para o sctor mineral, estudos da influência c das variáveis (operacionais e/ou inerentes ao sistema), têm sido desenvolvidos na busca de um melhor desempenho na filtragem. Esses estudos envolvem nonnalmcnte, testes de filtragem em laboratório e/ou em escala piloto de forma a simular a operação cm escala industrial. A necessidade de se buscar ensaios que se caracterizem por uma maior reprodutibillidade deve ser uma preocupação constante. O teste de folha "leaf test" é usualmente utilizado para dimensionamento de filtros contínuos a vácuo e para simulações envolvendo variáveis que influenciam o sistema de filtragem como um todo. Esse teste não apresenta uma padronização, ocorrendo variações cm sua metodologia no que se refere:

à

forma do recipiente, tipo de tecido de filtragem utilizado, o tipo de agitação (mecânica contínua, descontinua c manual), forma de adição de reagentes auxiliares de filtragem, retirada da torta e inserção da folha de teste no recipiente.

Sastry ( 1983), utilizou dispositivo mecânico, constituído por um agitador colocado na posição verticaL para seus ensaios de ftltragem com polpas de concentrados de minério de ferro. Valadão e Peres ( 1996) desenvolveram modelos, para filtragem em filtros de disco, baseados cm testes de folha com agitação manual. Goulart c Valadão (1998) estudaram a otimização da filtragem industrial usando modelos de filtragem desenvolvidos a partir de testes de folha com agitação mecânica descontínua. Gomes (1999) verificou a influência do tipo de agitação utilizado em testes de folha sobre a reprodutibilidade dos resultados. Neste caso a agitação manual apresentou, cm geral, menores erros associados tanto

à

detenninação da umidade de torta quanto

à

detcnninação da taxa unitária de filtragem (TUF).

O objetivo desse trabalho é desenvolver um dispositivo que pennita a realização do teste de folha cm laboratório, com as seguintes características: agitação mecânica da polpa, controle por computador da massa do filtrado cm função do tempo de filtragem, simplicidade de operação e com resultado comparável ao teste de folha convencional (agitação m<mual).

Silva, L.: Valadão, G. c Amamnlc, S.

2. MATERJAIS E MÉTODOS

As duas amostras minerais utilizadas são oriundas do Quadrilátero Ferrífero (MG) c representam produtos industriais

do processamento de minérios de ferro. Distinguem-se principalmente pela diferença na distribuição granulométrica c ~

pelos valores de área superficial específica. As duas amostras foram designadas nesse trabalho como M c P com <írcas

r

superficiais específicas detcnninadas pelo método de Blaine. A amostra P apresenta granulomctria mais grosseira quando

!

comparada com a amostra M. As características granulométricas são apresentadas na tabela abaixo:

Tabela I-Características granulométricas das amostras M c P

TIPO DA AMOSTRA

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I

50~un o/o<45~Lm o;;,< 16 ~lll1 Blainc ( cm2_{/g) Peso cspecífico(g/cm')}

AMOSTRAM 2,82 66.()7 l 1,45 li()() 5,17

AMOSTRAP 356 62,32 3,47 ó80 5J2

Os ensaios de filtragem foram realizados cm montagem com duas configurações distintas, que são apresentadas nas

figuras l c 3. A primeira, chamada de leste de folha mecânico com rotação variávcluti!i:t}l um agitador de polpa horizontal inserido em um recipiente, cujas dimensões da seção transversaL apresentadas na figura 2, foram baseadas, cm escala,

no ftltro de disco industrial a vácuo apresentado por MININGTECH ( 1992). A segunda, teste de folha convencionaL utiliza um recipiente, com volume de lO

L.

no qual a agitação da polpa é feita manualmente. A bomba de v{lcuo, o

recipiente que recebe o filtrado, a balança interligada ao computador c a folha de teste, com dimensão de 92,9cm2 , estão presentes nas dtws configurações da montagem. Em torno da folha circular foi coloc<ldo um anteparo (aba) para

que não haja necessidade de rasp<lgcm do excesso de m<llcrial que se forma cm volta da folha de teste. Observe-se que, independentemente da configuração utilizada o valor da massa de ftltrado é detcnninado a cada segundo, c enviado ao

computador que se acha interligado. O cot1junto de dados recebidos pelo computador é organizado cm forma de um

~

arquivo que pode ser trabalhado em planilha eletrônica Exccl.

Para cada amostraM e P foram realizados ensaios nas duas configurações. No dispositivo mccánico, com o auxílio de um

inversor de freqüência, variou-se a rotação em cinco níveis de rotação ( 100, 150, 200, 250 c 300 rpm) Foram feitos cinco ensaios cm cada nível de agitação obtendo-se valores médios para as três variáveis resposta: volume de filtrado (mL),

umidade(%) e t<lxa unitária de filtragem (t/h.m2

) Os valores das vari{Jveis resposta c seus respectivos erros relativos ou

cn·os percentuais foram apresentados, para cada nível de agitação c para cada amostra, cm gníficos de barras associados

à

gráficos de linha.

Foram feitas análises granulométricas das tortas geradas pelos ensaios, nos níveis de agitação J OOrpm c manuaL como também análise granulométrica na amostra original (<llimcnlaç<1o ).

Para o dimensionamento dos filtros a vácuo foi utilizado a metodologia gráfica desenvolvida por Dahlstrom

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Silvcrblatt ( 1977)

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Figura

2- Dimensões utili1.adas na bacia do dispositivo do teste de folha mec;ínico com rotação variável.

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Figu

n1 3 - Montagem do teste de folha convencional.

3. RESULTADOS

3.1. Reprodutibilidade dos

Ensaios

Os valores médios c os erros percentuais associados às variáveis resposta volume de filtrado, umidade de torta c TUF são apresentados, respectivamente para cada amostra, nas figuras 4,5 e 6. Observe-se pela figura 4 que os valores médios de volume de filtrado, para as amostras M c P, foram mais elevados no teste de folha com agitação mecânica, em todas as rotações, quando comparados com os valores obtidos no teste de folha com agitação manual. Os valores médios de volwne de filtrado silo mais elevados para a amostra P, visto que amostra P apresenta granulometria mais grosseira quando comparada

à

amostra M. Os erros percentuais associados

à

variável resposta volume de filtrado apresentaram menores

Silva. L.: Valadão. G. c Amarante. S.

valores para agitação em IOOrpnL 250rpm e manual, com maiores valores cm 20<hvm considerando as amostras M c P

cm conjunto. 4000 :;3mo ~ :;3000

""

_E ~ 2&JIJ o ~200.0 ~ ~ f1.ro.O ~ ~100.0 ~ ~~ ~J.O 1 CO rp r.-. 15:1 rpm 2:10 rprn 2!D r pu, .3)0 rpm M~nual Agitação 600 5fJO ~ 400 .;

~

300 ~ E ~ 2,00 g 100

Figura 4-Valores médios c erro percentual associados

ú

variável resposta volume de filtrado para o teste de folha

mecânico e para o teste de folha convencional (manual) - amostras M c P.

A figura 5 mostra que os valores médios de umidade são mais elevados para o teste de folha com agitação mecânica. cm

todas rotações. quando comparados com o teste de folha manual. A amostra P apresentou para o teste de folha mccfmico,

valores mais elevados de umidade comparados com a amostraM. No teste de folha com agitação manual maiores valores

foram obtidos para amostra M. Com relação aos erros percentuais os menores valores foram alcançados para a amostra

M. Os maiores valores de erro percentual para a amostra P foram encontrados nos níveis de agitação l50rpm c 200rpm.

Os erros percentuais no nível de agitação em I OOrpm ficaram próximos aqueles da agitação manual.

Na figura 6 pode-se observar que os valores médios de TUF para as amostras M c P são mais elevados para o teste de folha

mecânico. cm todas as rotações, quando comparados com os resultados do teste de folha convencional. Verifica-se. neste

caso, para as duas amostras, um maior favorecimento

à

formação da torta quando se utiliza o dispositivo mccúnico. Para

a amostra M c P, considerando-se a agitação mecânica, praticamente não houve variação na TUF. Isso se deve ao fato de

que não havendo necessidade de raspagem do excesso de torta formada ao redor da folha. a formação de torta tornar-se

mais uniforme. Os erros percentuais são mais elevados cm 150rpm c 300rpm considerando as duas amostras cm conjunto.

O comportamento dos erros percentuais para os níveis de agitação lOOrpm c manual são muito semelhantes entre si .

11,.50 "Q ·~ 11,CO

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:J 1CO rpm 1~rpm 200 rpm 2~rpm Agihçõo 3J0rpm Manual .5DO ~ 4.00 ~­ t:

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"Q "' ~ 2.00 ~ :J 1.00

Figura 5 -Valores médios e erro percentual associados à variável resposta umidade para o teste de folha mecânico e

para o teste de folha convencional (manual) -amostras M c P.

482 \ I

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I

I

r

4.00 3 . .!:0 ~3.00 .c 2-•A 2.~0 o ~ '"' !O 2.00

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~ o ~ 1,!0 u_ ~ 1.00 o.m o.co

XIX ENTMME-Recife, Pernambuco -2002.

100 rpm l50 rpm 200 rpm 250 rpm 300rpm M:antJ:al Agitação 4,00 3.50 .3,00 2!)0 .;_ 1,50 1JJO 0.50 :::l

1-Figura 6- Valores médios c erro percentual associados <I variável resposta TUF para o teste de folha mecânico c para o

teste de folha convencional (manual) -amostras M c P.

Gomes ( 1999) observou que os erros percentuais mais elevados estavam associados <I variável resposta TUF. Verificou

também que quanto menor a área superficial específica da amostra maior era o erro percentual associado

à

TUF. quando

se utilizava da agitação manual.

Considerando-se os resultados obtidos observa-se que a agitação mecânica demonstrou, para as duas amostras, em todas

as rotações avaliadas. com c:-.:ceção de !50 rpm, erros percentuais aceitáveis para as variáveis resposta volume de filtrado,

umidade c TUF. Note-se que a umidade média observada para o teste mecânico em 100 rpm é mais baixa cm relação às

outras rotações. Os valores médios das variáveis resposta para o teste de folha com agitação mecânica, apresentaram-se

mais elevados que aqueles do teste de folha com agitação manual.

As figuras 7 e 8 mostram as curvas granulométricas das amostras originais (alimentação), das tortas geradas no teste de

folha com agitação mecânica (I OOrpm) c das tortas geradas no teste de folha com agitação manual. Curvas granulo métricas

das tortas geradas em ensaios realizados com as demais rotações mostraram uma fonna muito semelhante à encontrada em I OOrpm. Para as amostras M e P, praticamente não houve diferença significativa entre as curvas granulométricas

das tortas, geradas nos ensaios realizados com a agitação mecânica (lOOrpm) c com agitação manual. Isso indica que as diferenças observadas nos valores médios das variáveis resposta, para esses dois métodos de agitação, não podem ser

atribuídas à granulometria das amostras consideradas. É necessário, port<mto, um conhecimento maior da estmtura de

torta fonnada pelos métodos de agitação utilizados.

10011 901l

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O 20 lO 60 811 1al 120 140 160 abertura(~)

-+-U.d!hc<lGDpm) --C<>nlendor'<!l(...,....) _JIJMn~

Figura 7-Análise granulométrica da amostra original (alimentação), teste de folha mecânico(lOOrpm) e convencional

- amostra M.

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1DDJJ 9DJJ 011 SDJJ i ~ TDJJ ~ 6DJJ <1J SDJJ ~ m 'DJl

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JDJJ 2DJJ 1DJJ OJJ D

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Figura 8 -Análise granulométrica da amostra original (alimentação), teste de folha mccúnico( I OOrpm) c convencional

- amostra P.

3.2. Dimensionamento

A tabela abaixo apresenta os valores obtidos das áreas nccessúrias à filtragem por meio do dimensionamento, para o teste

de folha com agitação mecúnica ( lOOrpm) c teste de folha com agitação manual, considerando as amostras M

c

P.

Tabela II-

Valores das áreas necessária à filtragem

Folha de teste com AMOSTRAM AMOSTRAP

anteparo (aba) MANUAL MECA NICO MANUAL MECA NICO

Area necessária

à

1129,lm2 _1084,0m2 _G73,7m2 _G35,5m2

filtragem

Pode-se observar que as úreas necessárias

à

filtragem obtidas pela metodologia de dimensionamento de Dahlstrom c

Silverblat1 (1977) apresentaram áreas muito próximas entre si. Observe-se que esses valores de área são bem superiores aqueles dispo1úveis atualmente na indústria. Esse fato pode ser explicado pelas recentes mudanças operacionais

envolvendo variáveis como ciclo de filtragem, tempo de fonnação c espessura de torta.

4. CONCLUSÕES

• Teste de folha com agitação mecânica apresentou, em todas rotações (I 00 a 300 rpm), valores médios das variáveis •

resposta (volume de filtrado, unúdade e TUF), mais elevados que os valores encontrados para o teste de folha

convencional;

• observou-se, de fonna geral, boa reprodutibilidade nos ensaios com agitação mecânica, sendo esta reprodutibilidade comparável com aquela obtida pela agitação manual;

• praticamente não houve diferença entre as curvas granulométricas das tortas fonnadas nos ensaios realizados com

agitação mecânica e com agitação manual;

• houve boa concordância nos valores obtidos pelos métodos mecânico c manual para o dimensionamento da área

necessária

à

filtragem;

• há uma boa perspectiva para utilização da montagem, com agitação mecânica, em ensaios de laboratório.

5. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq pela Bolsa de

Mestrado concedida a L.M. Silva e a Minerações Brasileiras Reunidas -MBR pelo apoio.

XIX ENTMME- Recife. Pernambuco -2002.

6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

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Gomes. M. VN. Teste de Folha cm Filtragem: Uma Reavaliação. Belo Horizonte: Escola de Engenharia da UFMG.

Dissertação de Mestrado. Fevereiro de 1999.

Goular. C. L.: Valadão. G.E. S. Otimização das Operações de Filtragem da Samarco Mineração S/ A. ln: Encontro Nacional de Tratamento de Minérios c Hidromctalurgia I I Seminário de Química dos Colóides Aplicada à Tecnologia Minem!.

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Miningtcch Equipamentos Industriais S.A- Manual de instmções. 1992.

Sastry. K.V.S~ Kawulok-Englund. D.J~ Hostcn C. Comparative Study o[ the Vaccum Filtration Behavior of lron Ore

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Valadão. G E.S.~ Peres. A.E.C. Modclamcnto Empírico de Filtragem: Uma Altemativa à Teoria Clássica. Egatea. Porto