Durante o programa de variabilidade econômica de um projeto, geralmente, é necessária a execução de um ensaio em escala piloto para se estimar dados de processo, tais como vazões e recuperações. Para tal, faz-se necessária a coleta de 20 a 100 toneladas de minério, o que requer a abertura de uma galeria subterrânea. Essa atividade implica em um gasto da ordem de 500 mil a 2 milhões de dolares, em uma fase ainda de muitas incertezas para o projeto. Além disso, a retirada de apenas uma amostra em uma área limitada, em geral, representando os 5-10 primeiros anos de lavra, não representa toda a variabilidade do depósito.
A MPP vem justamente reduzir esses impactos, uma vez que opera com 250-500kg de amostra, permitindo que as amostras de furo de sondagem (gasto já assumido no programa de exploração) sejam compostas por diferentes litologias e por material de diferentes
épocas de projeto. Adicionalmente, a operação requer menos mão-de-obra e tempo de execução, sendo possível levantar os mesmo dados (Andrade et al., 2004).
A Mini Planta Piloto (MPP) de flotação da Companhia Vale do Rio Doce (CVRD) possui doze células de flotação, cada uma com 1.700mL de capacidade. As células foram modeladas a partir das células de flotação de laboratório Denver, apresentando sistema de controle do nível da polpa. Os impelidores e estatores apresentam o mesmo arranjo que as máquinas de flotação Denver D12. As células podem ser arranjadas em configurações de circuito diversas, incluindo o tradicional circuito “rougher”, “cleaner” e “scavenger”. Os concentrados ou rejeitos são conduzidos por bombas peristálticas e as mangueiras podem ser posicionadas de acordo com as exigências do circuito. A planta apresenta medidores digitais de fluxo de ar, medidores de pH e Eh, palhetas e impelidores com velocidade controlada. Na Figura 3.11, é mostrada uma fotografia da mini planta piloto da CVRD.
Acoplada à mini planta, há uma instalação para remoagem contínua de concentrados intermediários. Para essa instalação, foram adquiridos moinhos de pinos e cargas de bolas de óxido de zircônio e de aço-cromo. A escolha desse material visa evitar a co ntaminação do material com íons de ferro.
A moagem primária é feita em bateladas de 20kg em moinho cilíndrico de 35,5cm de diâmetro e 76,2cm de comprimento e grau de enchimento de 25%. O volume útil deste equivale a 81,6L. Usualmente, é utilizada uma carga moedora composta por barras de aço- cromo de 70cm de comprimento, correspondendo a uma massa de 123,5kg. Segundo trabalhos internos realizados pela Gerência de Desenvolvimento e Tecnologia da CVRD, a distribuição de barras que mais se assemelha à moagem industrial é apresentada na Tabela 3.5. Na Figura 3.12, são mostrados, respectivamente, o moinho e a carga moedora em detalhe.
Tabela 3.5 - Distribuição da carga moedora do moinho primário. Diâmetro
das barras
(mm) N
o de barras % de enchimento Massa das barras (kg) 38,0 4 20 24,5 25,4 12 27 33,0 19,0 19 21 26,0 12,5 31 15 19,0 6,3 97 17 21,0
O produto moído é transferido para o sistema de alimentação composto por um tanque pulmão e um tanque de alimentação. Estes têm capacidade de 60 e 40L, respectivamente, e são conectados por meio de uma válvula. No primeiro tanque, é feita a adição do produto da moagem e o ajuste da porcentagem de sólidos e do pH. Após a agitação para homogeneização, a polpa é transferida para o tanque de alimentação. Nesse tanque, há a recirculação da polpa através de uma bomba peristáltica para assegurar a perfeita distribuição de sólidos. A alimentação da polpa na MPP é feita através de bomba peristáltica, a uma taxa que pode variar de 5 a 15kg/h.
(a) (b) Figura 3.12 - Moagem primária: (a) moinho (b) barras de aço-cromo
3.4 “SCALE UP”
Tempos atrás, para o “scale up”, utilizavam-se fatores baseados na proporção de tamanhos, considerando-se máquinas, em diferentes escalas, com similaridade geométrica. Atualmente, os procedimentos para “scale up” incluem análises de hidrodinâmica, permitindo uma melhor compreensão da influência da potência do equipamento e do nível de mistura na “performance” metalúrgica. São realizados, ainda, estudos computacionais da fluidodinâmica do processo para validação do arranjo antes da máquina ser construída, além de empregarem os modelos para simulação do processo de flotação. (Nelson et al., 2003).
Na flotação, é complexo se fazer um “scale up” devido aos diferentes fatores que afetam as condições de hidrodinâmica (geometria da célula, consumo de energia, dissipação energética), cinética (distribuição de tamanho das bolhas e partículas), condições operacionais (fluxo de ar, nível da polpa, tipo e dosagem de reagentes) e transporte tanto na polpa quanto na zona de espuma (Yianatos et al., 2003; Yianatos et al., 2006).
De maneira a estimar o comportamento ideal do processo de flotação, Yianatos & Henriqíquez (in press) propõem a realização de ensaios em escala de laboratório, uma vez que são mais simples e requerem menos amostra representativa que uma planta contínua. Já
Santos et al. (2003) propõem a realização de ensaios em escala de bancada para o estabelecimento dos parâmetros necessários e subseqüente operação da Mini Planta Piloto de Flotação (MPP) para obtenção de dados mais acurados para “scale up”.
O fator tempo de residência no “scale up” é geralmente obtido por comparação entre a recuperação da flotação de bancada e industrial, sob as mesmas condições. O ponto-chave a ser considerado, para efeito de comparação, é a recuperação metalúrgica no estágio “rougher”, em que se observam as maiores perdas, em função da maior massa processada. Cabe, no entanto, ressaltar que, para o banco de células “rougher”, a contribuição para a recuperação das últimas células é pequena. A recuperação em função do tempo para esse banco tende a se estabilizar, de modo que o ganho com a presença das últimas células é muito pequeno. Sendo assim, uma comparação direta dos tempos de residência, para uma mesma recuperação poderia introduzir grandes erros.
De forma a estimar os fatores de “scale up” (f) de uma operação de laboratório para uma operação industrial, Yianatos et al. (2003) comparam a recuperação global do estágio “rougher” industrial e a obtida em laboratório, para um ensaio feito sob as mesmas condições. De forma a minimizar as diferenças causadas pe las condições operacionais, tais como fluxo de ar e nível de polpa nas células, eles propõem uma metodologia em que se utilizam as curvas de separabilidade. O procedimento (metodologia 1) consiste na comparação dos parâmetros taxa de flotação e recuperação no tempo infinito obtidos em um banco de flotação industrial e os determinados em escala de laboratório. No desenvolvimento dessa metodologia, uma outra aproximação (metodologia 2) proposta por Yianatos et al.(2006) foi a de separar o efeito de mistura e da cinética no fator tempo de residência, conforme explicado no item 3.4.3.
Ensaios comparativos entre flotação de bancada e planta industrial podem servir para identificar potenciais melhorias no processo. Entretanto, a prática de amostrar uma planta industrial requer tempo e recurso, requisitos que, em geral, não estão disponíveis no dia-a- dia de uma operação industrial. De forma a minimizar tais fatores, Yianatos & Henríquez (in press) propuseram uma nova metodologia (metodologia 3) que permite a avaliação das
taxas de flotação de um banco de flotação industrial. O procedimento consiste em amostrar todo o banco de flotação (alimentação, concentrado e rejeito) e apenas o concentrado e rejeito proveniente da primeira célula do banco, em um total de 5 amostras.