Tese de doutoramento. Ciências de Engenharia. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 1995

Orientador: Leonardo Goldstein Junior / Dissertação (mestrado) - Universidade Estadual de Campinas, Faculdade de Engenharia Mecanica / Made available in DSpace on 2018-07-18T12:00:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TardinJunior_PauloRoberto_M.pdf: 5824113 bytes, checksum: 5bbcd380d833ecf96d47909923768995 (MD5) Previous issue date: 1993 / Resumo: O objetivo principal deste trabalho foi estudar o processo de cominuição de partículas de xisto calcinado em um leito fluidizado circulante rápido a frio. Foi construido um sistema dotado de uma coluna com 0,300m de diâmetro e 2,2m de altura, de vidro tipo PIREX e cin dispositivo de recirculação constituído de acrílico...Observação: O resumo, na íntegra, poderá ser visualizado no texto completo da tese digital / Abstract: The main objective of this work was to study the cominnution of calcined shale particles in a batch fast fluidized bed at ambient temperature. An experimental system was built consisting of a 0,30m diameter vertical riser, 2,2m high with primary and secondary air injection, primary and secondary cyclones and a solids reinjection valve...Note: The complete abstract is available with the full electronic digital thesis or dissertations / Mestrado / Termica e Fluidos / Mestre em Engenharia Mecânica

Na área de moagem secundária, ou remoagem, a preocupação com a eficiência energética se mostra de extrema importância. Em geral, os consumos específicos desta etapa são superiores aos da etapa primária. Além disso, tem se observado uma tendência de afinamento das granulometrias de moagem nos novos projetos de minerais metálicos, o que leva cada vez mais a uma maior necessidade de gastos nesta etapa, tanto em termos de custos de implantação como de operação. Nos novos projetos que incluem remoagem no Brasil granulometrias de remoagem da ordem de 40 a 20 m têm se mostrado necessárias. Neste contexto, os moinhos tubulares de bolas, adequados para moagem primária, apresentam eficiências decrescentes em termos de aproveitamento de energia, quando são necessários produtos abaixo de 50 m. A fim de avaliar as melhores alternativas tecnológicas disponíveis para estas aplicações de remoagem, este trabalho estudou moinhos de carga agitada, com foco em moinhos verticais. O presente trabalho apresenta e discute os resultados de amostragens em escala industrial com o moinho vertical em quatro usinas em operação no Brasil. Foi desenvolvido também um novo ensaio em escala laboratorial para simular o consumo de energia e a distribuição granulométrica dos moinhos verticais, que se mostrou válido para a aplicação estudada. / Energy efficiency is extremely important in secondary grinding (regrinding) as specific consumption are greater than obtained in primary grinding. Moreover, finer grinding sizes are a trend in new grinding circuits therefore increasing the energy consumption, as well as respective capital and operating costs. In Brazil regrinding sizes between 40 a 20 m are common in greenfield projects. As horizontal ball mills show decreasing efficiency as grinding sizes are finer than 50 m, this work shows regrinding equipment alternatives to ball mills focusing on vertical mills. A number of survey campaigns were carried out on four industrial operations in which vertical mills were installed in the respective regrind circuit. A new batch test was developed and validated to predict the energy consumption and product size distribution associated to vertical mills.

O desgaste de corpos moedores constitui um custo importante na indústria mineral, que depende da operação de cominuição para promover a liberação das espécies minerais e produzir concentrados. Embora se conheça alguns dos mecanismos individuais que afetam o desgaste, a interação entre eles num sistema tão complexo quanto um moinho ainda precisa ser melhor entendido. Este trabalho avaliou o efeito da corrosão no desgaste de bolas de aço e de ferro fundido branco de alto cromo durante a moagem de minério de ferro, através de ensaios eletroquímicos e de desgaste em moinho de laboratório. Foi feita uma alteração no modo tradicional de realização do ensaio de polarização potenciodinâmica, utilizando polpa de minério de ferro a 70% de sólidos (em peso) como eletrólito. As curvas de polarização obtidas foram compatíveis com os resultados de desgaste, de modo que as curvas correspondentes aos metais na condição mais ativa estavam associadas às menores taxas de desgaste nos ensaios de moagem em laboratório, demonstrando que os ensaios de polarização realizados podem ser utilizados como indicativo do comportamento do metal na moagem de minério de ferro. Sobretudo, os testes demonstraram que o desgaste das bolas de aço é devido, principalmente, à abrasão, já que uma pequena diferença, de apenas 8%, foi observada nas taxas de desgaste nas condições avaliadas (polpa no pH 5 e pH 8). Por outro lado, as bolas de ferro fundido branco de alto cromo, que são mais caras, são mais propensas a resistir ao desgaste em polpa ácida, em que a taxa de desgaste foi 40% menor que a determinada em pH 8. / The wear out of grinding media represents a major cost in the mineral industry, which strongly depends on the mineral liberation to achieve the production of concentrates. Although some of the individual mechanisms that affect wear are already known, the interaction between them in such a complex system as an ore mill still needs further investigation. This work analyzed the effect of corrosion on the wear of balls made of steel and high chromium cast iron, while grinding iron ore, by means of electrochemical tests and wear tests conducted in a laboratory mill. A modification of the traditional potenciodynamic polarization test is proposed, using iron ore slurry at 70% w/w as an electrolyte. The results of the polarization curves were compatible with those from the wear tests, as the curves corresponding to the condition in which the metal showed the more active behavior were associated to the lower wear rates in the wear tests, suggesting that the modified polarization tests can be used as an indicative of the metal alloy behavior while grinding iron ore. Moreover, it demonstrated that the wear of steel balls is mainly due to abrasion, as a slight difference of 8% in their wear rates was observed in both conditions investigated (pH 5 and pH 8). On the other hand, the high chromium cast iron balls, which are more expensive, were more likely to resist wear in slurry at pH 5, achieving a wear rate 40% lower than in pH 8.

Uma parcela considerável do consumo energético, e consequentemente, dos custos das operações de tratamento de minérios é atribuída a cominuição. O High Pressure Grinding Rolls (HPGR) surge com o apelo de eficiência energética, o que, potencialmente, reduziria os custos operacionais. Nesta pesquisa, esta tecnologia é analisada como uma alternativa à rota convencional de cominuição de óxido de alumínio eletrofundido de um empreendimento em particular, que compreende um complexo circuito de britadores de rolos. Duas amostras de óxido de alumínio eletrofundido, denominadas BT e TB, foram submetidas a ensaios de HPGR (circuito aberto) e de caracterização física (DWT, WI, AI, densidade). Adicionalmente, foram realizadas simulações no software JKSimMet® 6.0 com o objetivo de prever o desempenho do equipamento em circuito fechado e realizar o escalonamento da unidade industrial. As distribuições granulométricas dos produtos dos ensaios de HPGR em circuito aberto e as distribuições granulométricas dos produtos dos circuitos fechados de HPGR simulados foram comparadas às granulometrias do produto requeridas pelo circuito industrial. Avaliou-se, também, o atendimento da vazão mássica requerida. Os resultados demonstram que a rota alternativa baseada no HPGR oferece um expressivo potencial de simplificação do circuito, com uma redução considerável do número de equipamentos de cominuição de 13 para 1, o que, além de, possivelmente, impactar na redução de custos operacionais, facilita o controle da operação. / A considerable portion of energy consumption and, as a consequence, operational costs in mineral processing is associated with comminution. High Pressure Grinding Rolls (HPGR) are appealing for their energy efficiency, which would potentially reduce operating costs. This study evaluates this technology as an alternative to the conventional electrofused aluminum oxide comminution route of a specific plant comprising a complex roll crushing circuit. Two electrofused aluminum oxide samples, called BT and TB, were submitted to HPGR (open circuit) and physical characterization (DWT, WI, bulk density, specific gravity) tests. In addition, simulations were conducted using JKSimMet® 6.0 software, aiming to predict the performance of a closed-circuit equipment and scale-up of an industrial scale unit. Product size distributions of the open-circuit HPGR tests and closed circuit HPGR simulations were compared with the product size distribution required by industrial comminution circuit. The required throughput was also evaluated. Results show that the alternative HPGR route provides a remarkable potential for circuit simplification, while considerably reducing the number of comminution equipments from 13 to 1, which facilitates operational control and possibly reduces operating costs.

O circuito de moagem de Carajás foi originalmente projetado para moagem de sinter feed, obtendose como produto final pellet feed. O processo consiste em etapas de moagem e deslamagem para que se atinjam as especificações de granulometria e área específica. No processo, como um todo, há geração significativa de finos, que são então descartados, acarretando em perdas de material que poderia ser incorporado como produto. O melhor entendimento das características dos vários tipos de minérios, bem como a previsão do desempenho do circuito de moagem em função de tais características permite estabelecer cenários para promover aumentos na recuperação em massa e na produtividade do circuito. O presente trabalho tem por base a caracterização tecnológica dos principais tipos de minério de Carajás e o desenvolvimento de um método para previsão de desempenho do circuito de moagem, em função de tais características. Para o desenvolvimento do método foram realizados ensaios de moagem em bancada e amostragens no circuito industrial. Os resultados dos ensaios de moagem em bancada serviram para definição das condições operacionais em que o ensaio em bancada melhor representou o circuito industrial, denominado ensaio padrão. Os dados obtidos nas amostragens e na caracterização tecnológica serviram de base para a calibração dos modelos matemáticos dos equipamentos de processo. O modelo calibrado constituiu num excelente recurso para previsão de desempenho. O desempenho do circuito de moagem foi avaliado no que se refere à granulometria e área específica dos produtos obtidos. Ainda foram conduzidas simulações pelo ensaio padrão e pelo modelo calibrado integrado do circuito de moagem, que apontam potenciais dos minérios cujo comportamento na moagem era até então desconhecido. Os dois produtos aqui desenvolvidos são, portanto, de aplicação imediata como recursos para previsão de desempenho e melhoria operacional. / Originally designed for sinter feed grinding, the Carajas grinding circuit includes two ball mills in parallel lines in a closed configuration with cyclones. The ground product is further deslimed in hydrocyclone for achieving the final specifications regarding size distribution and surface area. In this process, there is a significant amount of high grade material, not recovered due to overgrind. Ore characterization was here selected for predicting the grinding circuit performance, which in turn was the basis for optimization. The aim of this work is the characterization of the main Carajas ore types as well as the development of a method that includes these characteristics for predicting the grinding circuit performance. Laboratory grinding tests and samplings in the industrial circuit were carried out to predict the grinding circuit performance. The grinding test results were used to set operational conditions in which the laboratory better represented the industrial circuit. Results from industrial sampling and characterization were the basis for fitting the mathematical models. The fitted model was an excellent resource for the prediction of the grinding circuit performance as well as for the grinding test. To assess the grinding performance, products size distribution and surface area were evaluated. Moreover, simulations of the grinding circuit indicated the potential of some ore types. The derived methods were validated as tools for predicting the grinding circuit performance and for operational optimization.

O desgaste de corpos moedores constitui um custo importante na indústria mineral, que depende da operação de cominuição para promover a liberação das espécies minerais e produzir concentrados. Embora se conheça alguns dos mecanismos individuais que afetam o desgaste, a interação entre eles num sistema tão complexo quanto um moinho ainda precisa ser melhor entendido. Este trabalho avaliou o efeito da corrosão no desgaste de bolas de aço e de ferro fundido branco de alto cromo durante a moagem de minério de ferro, através de ensaios eletroquímicos e de desgaste em moinho de laboratório. Foi feita uma alteração no modo tradicional de realização do ensaio de polarização potenciodinâmica, utilizando polpa de minério de ferro a 70% de sólidos (em peso) como eletrólito. As curvas de polarização obtidas foram compatíveis com os resultados de desgaste, de modo que as curvas correspondentes aos metais na condição mais ativa estavam associadas às menores taxas de desgaste nos ensaios de moagem em laboratório, demonstrando que os ensaios de polarização realizados podem ser utilizados como indicativo do comportamento do metal na moagem de minério de ferro. Sobretudo, os testes demonstraram que o desgaste das bolas de aço é devido, principalmente, à abrasão, já que uma pequena diferença, de apenas 8%, foi observada nas taxas de desgaste nas condições avaliadas (polpa no pH 5 e pH 8). Por outro lado, as bolas de ferro fundido branco de alto cromo, que são mais caras, são mais propensas a resistir ao desgaste em polpa ácida, em que a taxa de desgaste foi 40% menor que a determinada em pH 8. / The wear out of grinding media represents a major cost in the mineral industry, which strongly depends on the mineral liberation to achieve the production of concentrates. Although some of the individual mechanisms that affect wear are already known, the interaction between them in such a complex system as an ore mill still needs further investigation. This work analyzed the effect of corrosion on the wear of balls made of steel and high chromium cast iron, while grinding iron ore, by means of electrochemical tests and wear tests conducted in a laboratory mill. A modification of the traditional potenciodynamic polarization test is proposed, using iron ore slurry at 70% w/w as an electrolyte. The results of the polarization curves were compatible with those from the wear tests, as the curves corresponding to the condition in which the metal showed the more active behavior were associated to the lower wear rates in the wear tests, suggesting that the modified polarization tests can be used as an indicative of the metal alloy behavior while grinding iron ore. Moreover, it demonstrated that the wear of steel balls is mainly due to abrasion, as a slight difference of 8% in their wear rates was observed in both conditions investigated (pH 5 and pH 8). On the other hand, the high chromium cast iron balls, which are more expensive, were more likely to resist wear in slurry at pH 5, achieving a wear rate 40% lower than in pH 8.

Na área de moagem secundária, ou remoagem, a preocupação com a eficiência energética se mostra de extrema importância. Em geral, os consumos específicos desta etapa são superiores aos da etapa primária. Além disso, tem se observado uma tendência de afinamento das granulometrias de moagem nos novos projetos de minerais metálicos, o que leva cada vez mais a uma maior necessidade de gastos nesta etapa, tanto em termos de custos de implantação como de operação. Nos novos projetos que incluem remoagem no Brasil granulometrias de remoagem da ordem de 40 a 20 m têm se mostrado necessárias. Neste contexto, os moinhos tubulares de bolas, adequados para moagem primária, apresentam eficiências decrescentes em termos de aproveitamento de energia, quando são necessários produtos abaixo de 50 m. A fim de avaliar as melhores alternativas tecnológicas disponíveis para estas aplicações de remoagem, este trabalho estudou moinhos de carga agitada, com foco em moinhos verticais. O presente trabalho apresenta e discute os resultados de amostragens em escala industrial com o moinho vertical em quatro usinas em operação no Brasil. Foi desenvolvido também um novo ensaio em escala laboratorial para simular o consumo de energia e a distribuição granulométrica dos moinhos verticais, que se mostrou válido para a aplicação estudada. / Energy efficiency is extremely important in secondary grinding (regrinding) as specific consumption are greater than obtained in primary grinding. Moreover, finer grinding sizes are a trend in new grinding circuits therefore increasing the energy consumption, as well as respective capital and operating costs. In Brazil regrinding sizes between 40 a 20 m are common in greenfield projects. As horizontal ball mills show decreasing efficiency as grinding sizes are finer than 50 m, this work shows regrinding equipment alternatives to ball mills focusing on vertical mills. A number of survey campaigns were carried out on four industrial operations in which vertical mills were installed in the respective regrind circuit. A new batch test was developed and validated to predict the energy consumption and product size distribution associated to vertical mills.

O circuito de moagem de Carajás foi originalmente projetado para moagem de sinter feed, obtendose como produto final pellet feed. O processo consiste em etapas de moagem e deslamagem para que se atinjam as especificações de granulometria e área específica. No processo, como um todo, há geração significativa de finos, que são então descartados, acarretando em perdas de material que poderia ser incorporado como produto. O melhor entendimento das características dos vários tipos de minérios, bem como a previsão do desempenho do circuito de moagem em função de tais características permite estabelecer cenários para promover aumentos na recuperação em massa e na produtividade do circuito. O presente trabalho tem por base a caracterização tecnológica dos principais tipos de minério de Carajás e o desenvolvimento de um método para previsão de desempenho do circuito de moagem, em função de tais características. Para o desenvolvimento do método foram realizados ensaios de moagem em bancada e amostragens no circuito industrial. Os resultados dos ensaios de moagem em bancada serviram para definição das condições operacionais em que o ensaio em bancada melhor representou o circuito industrial, denominado ensaio padrão. Os dados obtidos nas amostragens e na caracterização tecnológica serviram de base para a calibração dos modelos matemáticos dos equipamentos de processo. O modelo calibrado constituiu num excelente recurso para previsão de desempenho. O desempenho do circuito de moagem foi avaliado no que se refere à granulometria e área específica dos produtos obtidos. Ainda foram conduzidas simulações pelo ensaio padrão e pelo modelo calibrado integrado do circuito de moagem, que apontam potenciais dos minérios cujo comportamento na moagem era até então desconhecido. Os dois produtos aqui desenvolvidos são, portanto, de aplicação imediata como recursos para previsão de desempenho e melhoria operacional. / Originally designed for sinter feed grinding, the Carajas grinding circuit includes two ball mills in parallel lines in a closed configuration with cyclones. The ground product is further deslimed in hydrocyclone for achieving the final specifications regarding size distribution and surface area. In this process, there is a significant amount of high grade material, not recovered due to overgrind. Ore characterization was here selected for predicting the grinding circuit performance, which in turn was the basis for optimization. The aim of this work is the characterization of the main Carajas ore types as well as the development of a method that includes these characteristics for predicting the grinding circuit performance. Laboratory grinding tests and samplings in the industrial circuit were carried out to predict the grinding circuit performance. The grinding test results were used to set operational conditions in which the laboratory better represented the industrial circuit. Results from industrial sampling and characterization were the basis for fitting the mathematical models. The fitted model was an excellent resource for the prediction of the grinding circuit performance as well as for the grinding test. To assess the grinding performance, products size distribution and surface area were evaluated. Moreover, simulations of the grinding circuit indicated the potential of some ore types. The derived methods were validated as tools for predicting the grinding circuit performance and for operational optimization.

Etapas de cominuição representam uma grande parcela do capital e custo operacional em uma usina de processamento mineral. Em 1983, Cohen estimou que os processos de cominuição podem ser responsáveis por 30% a 50% do consumo energético da usina representando tipicamente 50% dos custos operacionais de uma mineração. Sendo assim, sua otimização está diretamente relacionada com a redução destes custos de operação. Entre os equipamentos de britagem, o moinho de martelos é aquele dedicado às operações que visam a alta taxa de redução com geração controlada de finos. Este britador é recomendado para minérios friáveis e pouco abrasivos, apresentando alta capacidade produtiva. O presente trabalho tem por objetivo propor e validar um modelo matemático para modelagem e simulação de moinho de martelos, visando a simulação do circuito da britagem industrial de beneficiamento de minério de ouro do Córrego do Sítio I, localizada em Santa Bárbara - MG. As simulações visaram identificar gargalos operacionais e estabelecer cenários que permitam otimizar o circuito estudado. A amostragem foi executada conforme o plano traçado. As amostras obtidas foram utilizadas tanto para a caracterização do minério quanto para a calibração do modelo do Caso Base da operação da usina. As simulações indicaram acréscimos significativos de vazão de alimentação na usina, a partir do aumento da velocidade de rotação do moinho de martelos, com uma tendência de geração maior de finos no processo. Para simulação do aumento de velocidade de rotação dos martelos foi criado um modelo com base na energia de quebra das partículas, associada aos incrementos correspondentes na energia cinética dos martelos. A fim de validar o modelo proposto, foram planejados ensaios específicos em moinho de martelos de laboratório, e executados com o mesmo minério alimentado na usina industrial selecionada. Os ensaios consistiram em variações de velocidade de rotação dos martelos, de forma a corresponder às simulações anteriormente realizadas do equipamento industrial. O modelo criado foi validado com base em campanha experimental específica. / Comminution represents a large portion of the capital and operating cost of a mineral processing plant. In 1983, Cohen estimated that comminution processes could account for 30% to 50% of the power consumption of the mill, and typically represents 50% of the operating costs of a mine. Therefore, its optimization is directly related to reduction of these operating costs. Among the crushing equipment, the hammer mill is one which is dedicated to operations that aim for high reduction ratio with controlled generation of fines. This crusher is recommended for friable and low abrasive ores presenting a high productive capacity. This study aims to develop a stepwise approach that allows the use of the classical crusher model (Whiten-Andersen) in modeling and simulation of circuits containing a hammer mill, simulating the resulting product according to variation of rotation speed within the equipment. The existing model for crushers developed by Whiten-Andersen considers the Perfect Mixing Model, which represents crushing through equations related to selection and breakage functions, that provide an equilibrium condition. The present work aims at the validation of a mathematical model of hammer mill, aiming at a simulation of the circuit of the industrial crushing of gold ore of Córrego do Sítio I, located in Santa Bárbara - MG. The simulations aimed at identifying operational bottlenecks and establishing scenarios that allow optimizing the studied circuit. Sampling was performed according to the drawn plan. The samples obtained were used both for the characterization of the ore and for the calibration of the Base Case model of the plant operation. The simulations indicated significant increases in feed flow at the plant, due to the increase in the speed of rotation of the hammer mill, with a trend of higher generation of fines in the process. To simulate the increase of rotational velocity of the hammers, a model was created based on the energy of breaking of the particles, associated to the corresponding increments in the kinetic energy of the hammers. In order to validate the proposed model, specific tests were planned in laboratory hammer mill, and executed with the same ore fed in the selected industrial plant. The tests consisted of variations in the speed of rotation of the hammers, in order to correspond to the previous simulations of the industrial equipment. The model created was validated based on specific experimental campaign.