Descripción proceso de filtración

1. NOÇÕES BÁSICAS DE TRATAMENTO DE MINÉRIOS
SEPARAÇÃO SÓLIDO-LÍQUIDO
INTRODUÇÃO
• OBJETIVOS
– recuperação / recirculação de águas
– preparação de polpas para operações subseqüentes
– desaguamento final de concentrados
– preparação de rejeitos para descarte / utilização
• TÉCNICAS
– espessamento
– filtragem
– ciclonagem
– peneiramento
– outros: secagem, centrifugação, flotação, separação magnética

2. INTRODUÇÃO
• IMPORTÂNCIA
– processo
– econômica
– ambiental
• SELEÇÃO DE EQUIPAMENTOS
– diversas opções no mercado
– tarefa executada por mais de um tipo de equipamento
– diversos roteiros para seleção
– Purchas
• tipo de serviço (escala, operação, objetivo)
• sedimentação (velocidade, sobrenadante, concentração)
• filtragem (velocidade de formação de torta)

3. INTRODUÇÃO
10-4 10-3 10-2 10-1 100 101 102 103 104
moléculas colóide Ultrafino Fino Médio Grosso
Silte Areia
Fina
Areia
Grossa
Cascalho
Argila
Vírus
Bactéria
Flotação
Filtragem em Leito Profundo
Peneiramento
Ciclonagem
Espessamento / Sedimentação
Filtragem
Centrifugação
Micro-Filtragem
Ultra- Filtragem
Granulometria, m

4. ESPESSAMENTO
• UTILIZAÇÃO
– recuperação de água de concentrados e/ou rejeitos
– preparação de rejeitos para descarte ou reutilização
– preparação de polpas para operações subseqüentes (filtragem,
moagem, flotação, lixiviação, back fill)
• EQUIPAMENTOS
– convencionais
– alta capacidade
– de lamela
– cones de sedimentação

5. ESPESSAMENTO
ESPESSADOR
CONVENCIONAL

6. ESPESSAMENTO
ESPESSADOR DE ALTA
CAPACIDADE
ALIMENTADOR

7. ESPESSAMENTO
ESPESSADOR DE
LAMELAS
PRINCÍPIO
FUNCIONAMENTO

8. ESPESSAMENTO
ESPESSADOR E-
CAT

9. PASTING
DISPOSIÇÃO IN PIT

10. PASTING

11. ESPESSAMENTO
Nome Concentração
(mg/l)
Faixa de pH Faixa ótima
pH
Floculantes
poliacrilamida não iônica 1-30 0-12 -
poliacrilamida aniônica 1-30 5-11 -
poliacrilamida catiônica 1-30 4-12 5-9
óxido de polietileno 1-100 3-11 -
Amido 5-200 2-10 -
Coagulantes
Cal 500-2000 5-13 10-12
sulfato de alumínio 15 5-8 6
sulfato férrico 5-150 4-8 5,6
sulfato ferroso 200 >9,5 -
FLOCULANTES E COAGULANTES

12. ESPESSAMENTO
Valores estimados para projeto % sólidos
alimentação
% sólidos UF área unitária
m2/t.dia
alumina,lama vermelha-Bayer
Primário 3 - 4 10 - 25 2 - 5
Lavadores 6 - 8 15 - 25 1 - 4
Final 6 - 8 20 - 35 1 - 3
Hidrato
Finos 2 - 10 30 - 50 1 - 3
cimento, processo úmido 16 - 20 60 - 70 -
Carvão
Rejeito 0,5 - 6 20 - 40 -
finos-carvão limpo - 20 - 50 -
meio denso(magnesita0 20 - 30 60 - 70 -
pó de aciaria
alto forno 0,2 - 2 40 - 60 -
BOF 0,2 - 2 30 - 70 -
hidróxido de mg de salmoura 8 - 10 25 - 50 6 - 10
hidróxido de mg de água do mar
Primário 2 - 3 15 - 20 10 - 26
Lavadores 5 - 10 20 - 30 10 - 15
Metalúrgicos
concentrados de cobre 15 - 30 50 - 75 0,2 - 0,6
rejeitos de cobre 10 - 30 45 - 65 0,04 - 1
minério de ferro
concentrados finos 20 - 35 60 - 70 0,004 - 0,008
concentrados grossos 25 - 50 65 - 80 0,002 - 0,005
Rejeitos 1 - 10 40 - 60 0,4 - 1
concentrados de chumbo 20 - 25 60 - 80 0,2 - 0,6
Manganês
resíduo de lixiviação 0,5 - 2 5 - 9 10 - 20
Molibidênio
Concentrado 10 30 1 - 1,5
concentrado scavenger 8 40 0,5
Lamas - 50 - 60 1 - 1,5
Níquel
resíduo de lixiviação 10 - 25 50 - 60 0,5 - 1,5
concentrados de sulfetos 3 - 5 65 0,5 - 2
concentrados de zinco 10 - 20 50 - 60 0,3 - 0,7
Potássio
sais de cristalização 10 - 25 35 - 50 -
Lamas 1 - 5 6 - 25 4 - 20
Urânio
minério lixiviado em ácido 10 - 30 45 - 65 0,15 - 0,6
minério lixiviado em álcalis 20 60 1
Precipitado 1 - 2 10 - 25 5 - 12,7

13. ESPESSAMENTO
• Dimensionamento
– Métodos Tradicionais
• Coe Clevenger
• Talmage-Fitch
• Oltmann
• Novos
– Testes em Proveta

14. ESPESSAMENTO
Usina / Empresa Produto Equipamento Diâmetro (m)/
Tipo de Construção/
Quantidade
Alimentação
Base Seca
(t/h)
Alimentação
(% sólidos)
Underflow
(% sólidos)
Pico / MBR Alimentação Flotação Convencional 22 / concreto / 1 600 50 65
Lamas Convencional 45,7 / aço / 1 120 10 35
Concentrado (Pellet Feed) Convencional 14 / concreto / 1 550 55 65
Mutuca / MBR Lamas + Rejeito Sep. Mag. Alta Capacidade 22 / concreto / 1 250 10 45
Vargem Grande / MBR Alimentação Flotação Convencional 22 / concreto / 1 300 50 65
Lamas Convencional 36 / aço / 1 80 10 35
Concentrado (Pellet Feed) Convencional 12 / concreto / 1 270 55 65
Ilha de Guaíba / MBR Undersize Peneiramento Alta Capacidade 5 / aço / 2 60 15 60
Casa de Pedra / CSN Rejeito Convencional 100 / concreto / 1 214 06 60
Concentrado Convencional 18 / concreto / 1 350 42 65
Cauê / CVRD Rejeito Convencional 75 / concreto / 2 300 04 45
Concentrado Convencional 30 / concreto / 2 400 15 60
Conceição / CVRD Rejeito Convencional 100 / concreto / 1 300 04 45
Concentrado Convencional 30 / concreto / 2 500 20 60 – 70
DADOS DE ESPESSAMENTO DE ALGUNS PRODUTOS DE MINÉRIOS DE FERRO DO BRASIL

15. FILTRAGEM
• Conceito: passagem de uma polpa através de um meio
poroso havendo retenção do sólido e passagem do líquido
• Filtragem com formação de torta
• Utilização de gravidade, pressão, vácuo, centrifugação
• Variáveis: relacionadas ao sólido, polpa e equipamento

16. FILTRAGEM
• TEORIA CLÁSSICA
Equação de Darcy
Q = K.P.A = P.A
.L .R
Q = fluxo do filtrado
A = área transversal
K = permeabilidade
AP = diferença de pressão
m = viscosidade do fluido
L espessura do leito (torta)
R = L/K = resistência ao fluxo
- fluxo em meio poroso
- torta não compressível
- regime laminar

17. FILTRAGEM
• OBSERVAÇÃO DE MEIOS POROSOS (ESFERAS REAIS)
• MICROSCOPIA (LÂMINAS/SEÇÕES POLIDAS)
• MODELOS TEÓRICOS (ESTIMAM PROPRIEDADES)
• TOMOGRAFIA (IMAGENS 3D DE TORTAS REAIS)
• SIMULAÇÃO DE TORTAS EM COMPUTADOR (2D/3D)
• MODELOS MATEMÁTICO/ESTATÍSTICOS

18. FILTRAGEM
IMAGEM 3D
TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA
MEIO POROSO
(PARTÍCULAS MINERAIS)

19. MODELAGEM
TORTA DE FILTRAGEM
• SIMULAÇÃO 3D
• MÉTODO DE MONTE CARLO
• ESFERAS (~20.000)
• ESTRUTURA MICROSCÓPICA

20. FILTRAGEM
CAPILARES
• 3D (100 CAPILARES)
• CONSTRUÇÃO RANDÔMICA
• BASE/TOPO
• ESTRUTURA/TRANSPORTE

21. FILTRAGEM
SUPERFÍCIE DE RESPOSTA
- AMOSTRA MINERAL PELLET FEED
- PLANEJAMENTO EXPERIMENTAL
- MODELO (EQUAÇÕES MATEMÁTICAS)
- TESTE DE FOLHA
- SIMULAÇÃO / OTIMIZAÇÃO
- CONTROLE AUTOMÁTICO DOS FILTROS
-1 -0.6 -0.2
0.2 0.6
1
pH
-1
-0.6
-0.2
0.2
0.6
1
SU
8.9
9.1
9.3
9.5
9.7
9.9
UMIDADE (%)

22. FILTRAGEM
• Filtro de Tambor
– tipos
• meio filtrante
• alimentação
• descarga
– permite lavagem torta
– filtragem pellet feed (50-60)
– contínuo
– vácuo

23. FILTRAGEM
• Filtro de Disco
– setor + tecido
– diversos tipos tecidos
– descarga com sopro
– não permite lavagem
– filtragem pellet feed
– contínuo
– vácuo
VÁLVULA

24. FILTRAGEM
FILTRO DE DISCO

25. FILTRAGEM
• Filtro Cerâmico
– setores: material poroso
– limpeza dos setores
– < nível de vácuo
– contínuo
– vácuo

26. FILTRAGEM
• Filtro Horizontal (Mesa)
– circulares
– secagem (opcional)
– descarga (parafuso)
– granulometria (1000-100m)
– filtragem sinter feed
– contínuo
– vácuo

27. FILTRAGEM
• Filtro Horizontal (Correia)
– possibilidade limpeza tecido
– granulometria + grosseira
– filtragem de re-peneirado
– contínuo
– vácuo

28. FILTRAGEM
• Filtro Bandeja Revolvente
– possibilidade limpeza tecido
– permite lavagem torta
– contínuo
– vácuo

29. FILTRAGEM
• Filtro de Pressão
– adequados a lamas
– < umidade de torta
– fácil descarga
– filtragem pellet feed
– semi-contínuo

30. FILTRAGEM
• Desempenho Filtros
– Umidade de Torta
Pu = massa da torta úmida
Ps = massa da torta seca
– Taxa Unitária de Filtragem - tuf (produtividade)
– % Sólidos no Filtrado
Ms = massa de sólidos presente no filtrado
Mf = massa de sólidos do filtrado
100



Pu
Ps
Pu
Umidade
100
% 

Mf
Ms
Sólidos

31. FILTRAGEM
• MEIOS FILTRANTES
– Características
• mínima resistência ao fluxo
• propiciar baixa concentração de sólidos no filtrado
• não ter tendência ao bloqueio progressivo
• boas características de descarga
• permitir limpeza (água ou ar)
• boa resistência mecânica, química e biológica
– Tipos
• flexível
• granulado (filteraids)
• poroso

32. FILTRAGEM
MEIOS FILTRANTES
FLEXÍVEIS

33. FILTRAGEM
4,32E+11
3,52E+11 3,60E+11
1,84E+12
0,00E+00
5,00E+11
1,00E+12
1,50E+12
2,00E+12
2 3 4 5 6 7 8 9 10 11
pH
R
m
(m
-1
)
2,46E+11
1,40E+11
8,52E+10
9,15E+10
1,03E+11
8,38E+10
7,71E+10
0,00E+00
5,00E+10
1,00E+11
1,50E+11
2,00E+11
2,50E+11
3,00E+11
0 20 40 60 80 100
Floculante (g/t)
R
m
(m
-1
)
RESISTÊNCIA DO MEIO FILTRANTE
EM PRODUTO DE MINÉRIO DE
FERRO

34. FILTRAGEM
Mina MAC MUT PIC
Fornecedor Envirotech Envirotech Miningtech Envirotech Miningtech
Diâmetro 1,8 1,8 2,7 1,8 2,7
Discos/Filtro 8 10 12 10 12
Área/Filtro (m2) 34 45 123 45 123
No de Filtros 1 12 1 3 4
Área Total (m2) 34 552 123 135 492
TUF (t/h/m2) de projeto 1,0 1,0 1,0 1,4 1,8
Produção nominal/Filtro (t/h) 34 45 123 63 221
Vácuo de Formação (Pa)
(pol Hg)
5,8x104 - 6,7x104
17 – 20
5,8x104 - 6,7x104
17 - 20
5,8x104 –
6,7x104
17 – 20
1,7x104
14
5,4x104 - 6,7x104
16 - 20
Vácuo de Secagem (Pa)
(pol Hg)
7,4x104 - 8,1x104
22 – 24
7,4x104 - 8,1x104
22 - 24
7,4x104 –
8,1x104
22 – 24
6,7x104
20
5,4x104 - 6,7x104
16 - 20
Rotação (rpm) 0,7 - 0,8 0,7 - 0,8 0,7 – 0,8 1,0 0,8 - 1,0
Blaine (cm2/g) 1100 1100 1100 800 - 900 700
Umidade PFF (%) 10,0 10,0 10,0 10,0 9,5 - 10,0
Dados sobre a filtragem nas usinas de Águas Claras (MAC), Mutuca (MUT) e Pico (PIC) - MBR

35. FILTRAGEM
TIPO DE CONSUMO %CONSUMO MATERIAL
USINA / CIA FILTRO ENERGÉTICO TOTAL FILTRADO
(kWh/t) DE ENERGIA
Águas Claras/MBR Disco 1,3 33,42 pellet feed
Fábrica/FERTECO Disco 2,73 13,98 pellet feed
Cauê/CVRD Horizontal / 1,27 11,63 sinter feed
Disco pellet feed
Conceição/CVRD Horizontal / 1,76 22,29 sinter feed
Disco pellet feed
Dados sobre consumo energético em algumas usinas

36. FILTRAGEM
0
0.2
0.4
0.6
0.8
1
1.2
1.4
1.6
800 850 900 950 1000 1050 1100 1150 1200 1250 1300
Blaine (cm2/g)
TUF
(t/h/m2)
Influência do Índice de Blaine (pellet feed) sobre a tuf

37. FILTRAGEM
Influência do Índice de Blaine em várias condições de filtragem

38. FILTRAGEM
PELLET FEED BLAINE (cm2/g) UMIDADE (%) TUF (t/h/m2)
800 – 1700 8,0 - 8,5 1,20 - 1,60
MAGNETÍTICO 1700 – 2000 9,0 - 9,5 0,95 - 1,20
2000 – 2200 9,5 - 10,5 0,80 - 0,95
 2200  10,5 0,10 - 0,80
800 – 1700 9,5 - 10,5 0,60 - 1,30
HEMATÍTICO 1700 – 2000 9,5 - 10,5 0,40 - 0,60
 2000  12 0,10 - 0,40
Influência da forma da partícula - hematita (~ lamelar),
magnetita (~cúbica)

39. FILTRAGEM
Funil de Büchner
Bomba de Vácuo
Manômetro
Balança
Suporte do funil de Büchner
Válvula de abetura e
de fechamento
do vácuo
Válvula de controle
do vácuo de formação
Vávula de controle
do vácuo de secagem
Recipiente do filtrado
Arquivo: CAM1-100
PESO HORA DATA
0.0 07:12:18 05/10/2001
0.0 07:12:19 05/10/2001
10.1 07:12:20 05/10/2001
17.2 07:12:21 05/10/2001
20.5 07:12:22 05/10/2001
25.8 07:12:23 05/10/2001
30.9 07:12:24 05/10/2001
39.6 07:12:25 05/10/2001
50.1 07:12:26 05/10/2001
55.6 07:12:27 05/10/2001
Computador interligado
à balança
Teste de Folha com medida de massa de filtrado

40. FILTRAGEM
DESENVOLVIMENTO EXPERIMENTAL

41. FILTRAGEM
INTERESSADO:
AMOSTRA: BLAINE:
TIPO DE TESTE: ALIMENTAÇÃO: TEMPERATURA: CICLO:
RESPONSÁVEL: DATA:
Reagentes Polpa Filtrado Torta
Auxiliar de Filtragem Modificador
Ensaio
Formação
Secagem
Formação
Secagem
Especificação
Concentração
(%)
Dosagem
(g/t)
Especificação
(ml)
Concentração
(%)
%
Sólidos
Densidade
de
polpa
(g/cm3)
pH
Volume
(ml)
Peso
úmido
(g)
Peso
Seco
(g)
%
Sólidos
Espessura
(mm)
Rachaduras
Peso
úmido
(g)
Peso
Seco
(g)
Umidade
(%)
TUF
(t/h/m
2
)
Taxa Unitária de Filtragem (t/h/m
2
) Umidade (%)
TUF = Peso Seco(g) x 3600 Umidade = PU - PS x 100
1.000.000 x área da folha x tempo ciclo(s) PU
PU = Peso Úmido (g)
PS = Peso Seco (g)
Vácuo (pol Hg)
Observações:
Tempo (s)
DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS - UFMG
TESTE DE FILTRAGEM

42. REAGENTES AUXILIARES
COAGULAÇÃO
  REPULSÃO
ELETROSTÁTICA
 AGREGADOS
 PEQUENOS
  ESTABILIDADE
  RETENÇÃO DE LÍQUIDO
  TAXA UNITÁRIA
10,00
15,00
20,00
25,00
30,00
35,00
40,00
0 100 200 300 400 500 600 700 800
Tempo (s)
Umidade
(%)
pH3 pH6 pH 7,8 pH10

43. REAGENTES AUXILIARES
FLOCULAÇÃO
 FLOCULANTES (polímeros)
 AGREGADOS
 GRANDES
  ESTABILIDADE
  RETENÇÃO DE LÍQUIDO
  TAXA UNITÁRIA
  UMIDADE

44. REAGENTES AUXILIARES
FLOCULANTE
10
15
20
25
30
35
40
0 50 100 150 200 250 300 350 400
Tempo (s)
Umidade
(%)
0 g/t 30 g/t 60 g/t 90 g/t

45. REAGENTES AUXILIARES
SURFATANTES
  TENSÃO SUPERFICIAL
 GRAU DE HIDROFOBICIDADE
  UMIDADE DA TORTA
20
30
40
50
60
70
80
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200
Dosagem (mg/l)
Tensão
superficial
(dina/cm)
Surfatante 1 Surfatante 2
20
30
40
50
60
70
80
0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000
Dosagem (mg/l)
Tensão
superficial
(dina/cm)
Surfatante 3 Surfatante 4

48. TÉCNICA FAIXA DE
UMIDADE (%)
MAIORES VANTAGENS MAIORES DESVANTAGENS APLICAÇÕES EM
MINÉRIO DE FERRO
Decantação por
Gravidade
10 a 14 Baixo custo de capital. Umidade final elevada. Aplicável apenas
para PFF mais grosseiro. Alto custo de
operação. Perdas elevadas de material
Utilizado em casos
específicos
Filtragem a Vácuo
Discos Verticais
7 a 11 Elevada área de filtragem por área de
instalação. Médio custo de investimento.
Elevada flexibilidade operacional. Alta
produtividade;
Custo de energia de médio a elevado.
Necessidade de constante monitoramento
e controle dos parâmetros operacionais.
Umidade final afetada pelas condições da
alimentação. Alto custo operacional.
Largamente utilizada no
mundo, incluindo a
maioria das instalações
mais recentes:
(pelotizações e
tratamento de minérios).
Filtragem a Vácuo
Filtros de Tambor
7 a 12 Elevada flexibilidade operacional.
Fácil descarga da torta.
Baixa a muito baixa área de filtragem por
área de instalação. Alto custo de
investimento. Elemento filtrante caro.
Flexibilidade de operação limitada.
Atualmente pouco
utilizada.
Filtragem por
Pressão
(automática)
7 a 9 Baixa umidade. Fácil descarga da torta.
Umidade final afetada pelas condições da
alimentação. Baixo custo de operação.
Alto custo de investimento. Elementos
filtrantes caros;
Utilizado: CVRD (impl.)
LKAB.
Filtragem
Hiperbárica
6.5 a 9 Baixa umidade. Alta produtividade; Elevado custo de investimento. Elevado
custo operacional. Poucas aplicações.
Descarga da torta: cuidados especiais.
Pesquisa para
aplicações em minério
de ferro.
Filtragem Capilar 8 a 9 Produtividade comparável a filtragem a
vácuo - discos verticais. Expectativa:
baixo custo operacional
Custo elevado dos setores (reposição).
Elevado custo de investimento.
Aplicação industrial:
LKAB, CVRD (projeto)
Filtro de Correia
Horizontal
9 a 13 Simplicidade de operação. Menor
dependência da %sólidos alimentação.
Valor de investimento intermediário.
Umidade adequada 2mm – 0,045mm.
Maior controle do filtrado, com “lavagem”
da torta e/ou adição de reagentes;
Umidade final mais elevada para PFF
mais fino. Custo do elemento filtrante
elevado;
CVRD (Carajás/FRD).
MBR (em instalação).
Técnicas de desaguamento de pellet feed (Araujo e Amarante)