MINISTRIO DA EDUCAO E DO DESPORTO
Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas - Departamento de Engenharia de Minas Ps-Graduao Lato Sensu em Beneficiamento Mineral
EMANUELA REIS BROD
AMOSTRAGEM EM POLPA: VALIDAO DO QUARTEADOR DE POLPA
OURO PRETO (MG) 2010
UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO
EMANUELA REIS BROD
AMOSTRAGEM EM POLPA: VALIDAO DO QUARTEADOR DE POLPA Monografia apresentada ao Programa de Ps-graduao em Engenharia de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto, como requisito para obteno do ttulo de Especialista em Beneficiamento Mineral.
Orientador: Prof. Dr. CARLOS ALBERTO PEREIRA
OURO PRETO (MG) 2010
O distrado nela tropeou,
o bruto a usou como projtil, o empreendedor, usando-a construiu,
o campnio, cansado da lida dela fez assento,
para os meninos foi brinquedo, Drummond a poetizou,
Davi matou Golias... Por fim;
o artista concebeu a mais bela escultura. Em todos os casos,
a diferena no era a pedra mas o homem.
(Annimo)
AGRADECIMENTOS
Celeste e Pedro Brod, mame e papai, minha fortaleza, pelos ensinamentos,
incentivos, gargalhadas e pela luz no fim do tnel. Vocs iluminam a minha vida e
trazem emoo aos meus dias, sem vocs eu nada seria.
Ana Brod, irm e melhor amiga, ou seria melhor amiga e irm!!! Cmplice em
todos os momentos, fora e carinho, alegria e incentivo, constante presena e
parceria.
Fernando e Juliana Brod, por todo suporte e compreenso. O carinho de vocs
minimizou dificuldades.
Ndia Perdigo, Eliana Mano e Lgia Figueiredo, grandes amigas, que sempre me
orientaram, apoiaram e incentivaram a lutar pelos meus ideais. A amizade e o
profissionalismo de vocs marcaram de forma significativa a minha vida.
Ao Kleber Reis, pela idia e concepo do trabalho e principalmente pelo suporte,
apesar de tantas pedras no caminho.
Aos amigos Marcos Vinicius Rodrigues, Natlia Souza, Joyce Mercs, Jssica
Amorim e Sue Figueiredo por transformarem o almoo em momentos to
agradveis que o trabalho e o cansao dos tantos erros/acertos no pesaram
tanto.
A Kelly Oliveira, pelo apoio e incentivo na realizao deste trabalho
Vale, na pessoa da gerente geral Cristina Valadares, pelo investimento neste
trabalho de capacitao tcnica.
minha primeira gerente, Patrice Mazzoni, pelo incentivo para comear essa
monografia e ao meu gerente atual, Mrio Modesto, pelo empurro para termin-
la. Sem o apoio de vocs, este projeto teria sido muito mais complexo.
Ao Tonimar Oliveira, Wagner Soares e Luiz Diniz pela realizao dos ensaios e
por acreditarem na reabilitao do quarteador de polpa.
Aos colegas e amigos do Laboratrio de Processo, que, direta ou indiretamente,
possibilitaram a caminhada dessa experincia, da maior importncia para meu
crescimento profissional e humano.
Ao Carlos Alberto Pereira - Carlo, orientador competente, atencioso, receptivo e,
acima de tudo, um mestre.
Ao Fabiano Gomes Silva, pelo apoio durante todo o curso. Sua contribuio foi
fundamental.
RESUMO
A maior parte das usinas de concentrao mineral e de hidrometalurgia processa
minrios a mido; logo uma boa amostragem de fluxos de polpa essencial para
garantir a qualidade do processo. A amostragem em polpa complexa e, muitas
vezes, feita de maneira incorreta. Objetiva este trabalho a otimizao do
quarteador de polpa existente no Laboratrio de Processo do Centro de
Desenvolvimento Mineral da Vale. Para este estudo, escolheu-se uma amostra de
minrio de ferro, que pela sua alta densidade, dificulta a formao de uma polpa
homognea. O minrio foi preparado em trs (3) granulometrias e em duas (2)
concentraes de slidos diferentes. A eficincia e a reprodutibilidade do
quarteador de polpa foram testadas e constatadas atravs de anlises
granulomtrica e qumica, realizadas nas alquotas de alimentao e nas doze (12)
reparties do quarteador. O uso do quarteador mostrou-se eficaz em polpas com
volumes inferiores a trinta (30) litros, validado seu uso com sucesso no lugar do
quarteamento realizado manualmente.
Palavras chave : quarteamento em polpa, validao, minrio de ferro
ABSTRACT
Most of the plants and mineral concentration of hydrometallurgy process the ore
wet, therefore a good sampling of flow of pulp is essential to ensure the quality of
the process. Sampling in pulp is complicated and often done incorrectly. The
objective of this work to optimize the pulp sampler existing in the Metallurgical
Laboratory of Vales Development Center of Mineral. For this study, a sample of
iron ore are choose, which due to its high density makes it difficult to form a
homogeneous pulp. The ore was prepared in three sizes and two different percents
solid concentrations. The efficiency and repeatability of pulp sampler were tested
and verified by size analysis and chemical analysis conducted on the rates of
feeding and the twelve departments of sampler. The use of sampler proved
effective in pulps with volumes exceeding 30 liters, and so its use has been
validated in place of sampling performed manually.
Keywords: Sampling of pulp, Validation and Iron Ore
LISTA DE ILUSTRAES
FIGURA 2.1. Distribuio Normal Padro....................................................... 3
FIGURA 2.2: Diagrama de blocos genrico de um processo de amostragem... 11
FIGURA 2.3 No primeiro plano, amostrador idealizado por Osborne para
amostragem de fluxos contnuos de polpa e, no segundo plano, amostragem
de polpa com fluxo contnuo............................................................................... 14
FIGURA 2.4 Quarteador de polpa utilizado para quarteamento de amostras
obtidas em operaes piloto e/ou industrial....................................................... 15
FIGURA 2.5 Partes de um quarteador de polpa.............................................. 16
FIGURA 3.1 Foto do Quarteador de Polpa do Laboratrio de Processo........ 17
FIGURA 3.2 Fluxograma de britagem............................................................. 19
FIGURA 4.1 - Distribuio de tamanho Amostra
LISTA DE TABELAS
TABELA 3.1 - Dados das amostras iniciais........................................................ 20
TABELA 3.2 - Dados do tanque de alimentao................................................ 20
TABELA 4.1 - Dados iniciais............................................................................... 22
TABELA 4.2 - Concentrao de slidos no tanque de alimentao Amostra
SUMRIO
1. INTRODUO.............................................................................................. 1
2. REVISO BIBLIOGRFICA.......................................................................... 2
2.1. Conceitos de Estatstica. 2
2.2. Amostragem. 6
2.2.1. Conceitos...................................................................................... 9
2.2.2. Modelos de amostragem............................................................... 11
2.2.2.1. Processo de Amostragem por Incremento............................ 11
2.2.2.2. Processo de Quarteamento................................................... 12
2.2.3. Amostragens em lotes manuseveis............................................ 12
2.2.4. Amostragem de Polpas................................................................. 13
2.2.4.1. Quarteamento em polpa........................................................ 14
3. METODOLOGIA............................................................................................ 17
4. RESULTADOS E DISCUSSO..................................................................... 22
4.1. Concentrao de slidos........................................................................ 22
4.2. Anlise granulomtrica........................................................................... 32
4.3. Anlise Qumica..................................................................................... 45
5. CONCLUSO................................................................................................ 59
6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS.............................................................. 60
Anexo 1 Resultados de anlise granulomtrica.............................................. 61
1
1. INTRODUO
O controle de qualidade, exigncia sempre maior em todos os setores, leva a
mudana de procedimentos e compra de equipamentos eficientes e precisos na
busca contnua de resultados mais confiveis. Empresas mineradoras,
metalrgicas e outras, que dependem das anlises de amostragem, precisam
receber resultados precisos e com acuracidade suficiente para garantir a
continuidade de seus trabalhos, a segurana de seus investimentos e, obviamente,
uma presena competitiva no mercado global
A amostragem alicera a avaliao de depsitos minerais (mina e jazidas), o
controle de processo em laboratrios, as instalaes de plantas e a
comercializao de produtos. Uma amostragem mal conduzida pode resultar em
grandes prejuzos ou em dados distorcidos, com consequncias tcnicas
imprevisveis. Isto sem falar nos graves prejuzos econmicos e descrdito no
mercado.
Apesar da grande importncia, a amostragem muitas vezes negligenciada e
realizada de maneira incorreta e, procedimento grave, os erros embutidos no so
levados ao conhecimento das partes interessadas.
O quarteamento manual, ainda muito utilizado no Brasil, no garante a
reprodutibilidade e acurcia do ensaio, e uma srie de erros sistemticos
(tendenciosos) pode acontecer durante os ensaios. (GRIGORIEFF, et al, 2002)
A amostragem manual de polpa ainda empregada no Laboratrio de Processo do
Centro de Desenvolvimento Mineral da Vale, apesar de a empresa ter disponvel
um quarteador automtico de polpa. Isto motivou a realizao desse trabalho, que
busca otimizar e validar os procedimentos de utilizao do quarteador de polpa em
substituio ao quarteamento manual .
2
2. REVISO BIBLIOGRFICA
Este captulo uma reviso bibliogrfica sobre conceitos de estatstica bsica,
amostragem e especificamente de amostragem em polpa.
2.1. Conceitos de Estatstica
Em uma medio experimental repetida um certo nmero de vezes, os valores
registrados das quantidades medidas diferem, quase sempre, uns dos outros. A
disperso de medies sucessivas de uma quantidade x comumente expressa em termos da varincia ou do desvio padro do conjunto de medidas. Essas
quantidades so definidas, e teis na estimativa da probabilidade de ocorrncia de
erros aleatrios de intensidade definida nas medidas. (WHATELEY, et al, 2006)
A varincia da amostra o desvio ao quadrado mdio de n valores medidos de x, em relao mdia da amostra x:
(2.1)
( )1
2
12
==
n
xxS
n
ii
n
Onde a mdia ( x ) obtida por
n
xx
n
i== 1 (2.2)
O desvio padro obtido atravs da varincia:
2nn SS = (2.3)
Quanto maior o nmero de medies, mais confivel fica o valor da varivel. A
exatido real do procedimento de medio indicada pelo valor da varincia,
calculada a partir de uma quantidade muito grande de dados. Quando o nmero de
pontos experimentais obtidos se tornar infinito, o conjunto infinito chamado uma
3
populao de valores. Para tal populao, a mdia da populao () definida como (WHATELEY, et al, 2006):
n
xn
i
n
=
= 1lim (2.4)
e a varincia da populao 2 definida como:
( )n
xn
ii
nn
2
12 lim=
=
(2.5)
O desvio padro da populao a raiz quadrada da varincia da populao.
A mdia da populao o melhor, ou o mais provvel, valor de x, desde que as variaes de x resultem de efeitos pequenos, aleatrios, independentes e aditivos. Se, entretanto, erros de mtodo e/ou erros no aleatrios forem inerentes s
medidas, ento a mdia pode diferir substancialmente do valor verdadeiro de x. (BOTTER, et al, 1996)
Se em um conjunto infinito de dados, as variaes de x forem aleatrias, diz-se que a distribuio de valores de x em torno da mdia uma distribuio normal ou Gaussiana, conforme figura 2.1. (BOTTER, et al, 1996)
FIGURA 2.1. Distribuio Normal Padro
Fonte: BOTTER; PAULA; LEITE; CORDANI, 1996
4
As distribuies de fenmenos observados assumem frequentemente, uma forma
simtrica em torno da mdia. Uma funo desse tipo, Distribuio Normal ou
Distribuio de Gauss, aparece descrita pela funo (BOTTER, et al, 1996):
( )2
2
2
21)( x
Xx
exf
= (2.6)
De forma abreviada, se a varivel aleatria x apresenta distribuio normal, com
mdia e varincia S2, diz-se, simplesmente (BOTTER, et al, 1996):
),(),( 22 NSNx == (2.7)
Quando a varivel aleatria x padronizada, ela passa a ter uma distribuio normal padronizada, que tem mdia zero e desvio padro unitrio, ou
equivalentemente, uma distribuio N(0,1). (BOTTER, et al, 1996)
Os valores desta funo distribuio so tabelados, e com eles se tem um meio de
obter as probabilidades associadas a qualquer varivel normal, conhecidos a
mdia e o desvio padro e a definio de varivel aleatria padronizada (z) (BOTTER, et al, 1996):
= xz (2.8)
Erro absoluto (EA) a diferena entre o valor exato de um nmero x e o seu valor verdadeiro (normalmente utiliza-se a mdia como valor verdadeiro).
= xEA (2.9)
Conforme as grandezas envolvidas, o erro absoluto (EA) pode no ser muito
significativo. Nestes casos, emprega-se o erro relativo (ER) que o erro absoluto
dividido pelo valor aproximado:
EAER = (2.10)
5
variao ou disperso real, determinada a partir do desvio padro, ou qualquer
outra medida de disperso, denomina-se disperso absoluta. A medida desse
efeito proporcionada pela disperso relativa, definida por:
mdiaabsolutaDispersorelativaDisperso .. = (2.11)
Se a disperso absoluta o desvio padro S e a mdia a aritmtica, a disperso relativa denominada Coeficiente de Variao ou de Disperso. (BOTTER, et al,
1996)
100= xSCV (2.12)
O coeficiente de variao geralmente expresso em percentagem. O CV independente das unidades adotadas e vantajoso para a comparao de
distribuies cujas unidades podem ser diferentes. Uma desvantagem do CV que ele deixa de ser til quando a mdia ficar prxima de zero. (BOTTER, et al, 1996)
Baixa disperso: CV 15% Mdia disperso: CV 15-30% Alta disperso: CV 30%
Quando se obtm uma amostra aleatria de tamanho n, estima-se a mdia populacional. Pode-se, ento, inferir que se uma nova amostra aleatria for
realizada, a estimativa obtida ser diferente daquela primeira. Da a concluso que
as mdias amostrais esto sujeitas variao e formam populaes de mdias
amostrais, quando todas as possveis amostras so retiradas de uma populao.
(BOTTER, et al, 1996)
O erro padro da mdia define a possvel distribuio dos valores mdios em torno do estimado; expressa a preciso da mdia amostral na forma linear e na
mesma unidade de medida. (BOTTER, et al, 1996)
nSSx = (2.13)
6
2.2. Amostragem
A importncia da amostragem aparece mais do que evidenciada na avaliao de
depsitos minerais, no controle de processos e na comercializao de produtos.
Por isso, uma amostragem mal conduzida pode levar a prejuzos vultosos ou a
distores de resultados com conseqncias tcnicas e econmicas imprevisveis.
Nas indstrias de minerao e metalurgia a amostragem uma das operaes
mais complexas e passveis de produzir erros. (GES, et al, 2004)
A determinao de uma dada propriedade ou caracterstica de um fluxo s pode
ser realizada em uma pequena frao do mesmo, denominada amostra, que
represente da melhor forma possvel, o fluxo amostrado. Os sistemas particulados
so usualmente misturas de partculas de tamanho, forma e composio variados.
A obteno de amostras representativas s possvel com base em critrios
estabelecidos. Quando os procedimentos de seleo e coleta das amostras no
so bem conduzidos, os resultados de anlises, mesmo que realizadas com
preciso, no correspondem s caractersticas do universo amostrado, e levam a
concluses incorretas ou imprecisas. (OLIVEIRA, et al, 2007)
As caractersticas especficas de toneladas de um dado material so estimadas a
partir de anlises realizadas em amostras pequenas, massas da ordem de gramas.
A obteno das amostras fundamental para minimizar os erros associados s
anlises, e levar mais preciso aos trabalhos de avaliao de depsitos minerais e
controle de processos em laboratrios, unidades piloto, indstrias e
comercializao de produtos. (OLIVEIRA, et al, 2007)
Nos ltimos anos, as tcnicas de amostragem na indstria mineral melhoraram
muito, porm ainda no receberam a devida valorizao; e seguem como uma rea
muitas vezes negligenciada, o que, quase sempre, conduz a uma coleta de
amostras com srios erros sistemticos. (OLIVEIRA, et al, 2007)
A representatividade de uma amostra pode ser medida atravs da acuracidade e
da reprodutibilidade. A acuracidade a minimizao do erro sistemtico da amostragem. A reprodutibilidade ou preciso a medida de disperso dos resultados de qualidade obtidos para um mesmo lote. (GRIGORIEFF, et al, 2002)
7
De acordo com Gy (1998), a mdia e a varincia do erro nunca so estruturalmente
nulas. A representatividade de uma amostra ocorre quando a combinao desses
dois fatores possui valores menores que o mximo estabelecido entre as partes
interessadas, usualmente, o produtor e o consumidor. Segundo esta teoria, ainda
h alguns erros de amostragem que no podem ser eliminados: erro fundamental,
erro de segregao e grupamento e erro de integrao. Como consequncia,
sempre existir um erro associado ao resultado de qualidade de um lote.
So muitos os erros de amostragem relacionados por Ges (2004):
Erro total de amostragem (Ea) que o somatrio do erro da amostragem propriamente dita (Eap) e do erro de preparao da amostra primria (Ep), para
obteno da amostra final.
papa EEE += (2.14)
O erro de amostragem propriamente dita o somatrio de sete erros independentes, resultantes do processo de seleo da amostra primria, e
proveniente, principalmente, da variabilidade do material que est sendo
amostrado.
7654321 aaaaaaapa EEEEEEEE ++++++= (2.15)
Onde:
Ea1 = erro de ponderao, resultante da no uniformidade da densidade ou da
Ea2 = erro de integrao - resultante da heterogeneidade de distribuio das
Ea3 = erro de periodicidade, resultante de eventuais variaes peridicas da
Ea4 = erro fundamental, resultante da heterogeneidade de constituio do
material. Depende fundamentalmente da massa da amostra e, em menor
vazo do material;
partculas, a longo prazo, no material;
caracterstica de interesse no material;
8
instncia, do material amostrado. o erro que se comete quando a
amostragem realizada em condies ideais;
Ea5 = erro de segregao, resultante da heterogeneidade de distribuio
localizada do material;
o, resultante da eventual configurao incorreta da
delimitao da dimenso dos incrementos;
o de tomada dos incrementos.
s, provenientes das operaes de reduo de granulometria, homogeneizao e
Ea6 = erro de delimita
Ea7 = erro de extrao, resultante da opera
O erro de preparao o somatrio de cinco erros independente
quarteamento a que a amostra primria submetida.
54321 pppppp EEEEEE ++++= (2.16)
Onde:
rda de partculas pertencentes amostra;
o;
resse a ser medida na
amostra final;
o intencionais do operador (como a mistura de subamostras
provenientes de diferentes amostras);
rstica de interesse a ser medida na
amostra final.
Uma sicas da teoria da amostragem no considerada por muitas
Normas Tcnicas. Segundo essa regra, qualquer partcula componente do lote
Ep1 = pe
Ep2 = contaminao da amostra por material estranh
Ep3 = alterao no intencional da caracterstica de inte
Ep4 = erros n
Ep5 = alterao intencional da caracte
das regras b
deve possuir a mesma probabilidade de ser coletada e pertencer amostra que
servir para a realizao do controle de qualidade. A amostragem que segue esta
regra considerada estatisticamente correta. Assim possvel estimar, para
9
qualquer resultado de controle de qualidade, uma faixa de erro devida aos fatores
relacionados variabilidade do material particulado. Os tipos de amostragem
considerados estatisticamente corretos, desde que seguidos alguns cuidados de
dimensionamento e operao, so os executados por helicides e por
amostradores automticos instalados em transportadores de correia. Todos os
outros tipos de amostragem, inclusive a amostragem manual, so considerados
incorretos. (GES, et al, 2004)
Uma vez que os procedimentos de amostragem esto associados a uma srie de
erros inerentes s caractersticas peculiares de cada material e ao processo de
2.2.1. Conceitos
Amostra uma quantidade representativa do todo que se deseja amostrar. O da amostra deve garantir que ela seja representativa deste
ja
amostrar, para composio de uma amostra. (GES, et al, 2004)
zao especfica.
(GES, et al, 2004)
ou global a quantidade de material resultante da etapa de amostragem propriamente dita. (GES, et al, 2004)
l, resultante das etapas de
preparao da amostra primria, que possui massa e granulometria adequadas
obteno da amostra, a probabilidade de essa amostra representar perfeitamente o
universo do qual foi retirada remota. Assim, as caractersticas analisadas em
diferentes amostras de um mesmo universo apresentaro uma dada variabilidade
que deve ser minimizada, segundo tcnicas estatsticas. (OLIVEIRA, et al, 2007)
mtodo de retirada
todo, no que diz respeito (s) caracterstica(s) de interesse. (GES, et al, 2004)
Incremento uma quantidade modular de material retirado do todo que se dese
Lote uma quantidade finita de material separada para uma utili
A amostra primria
A amostra final uma quantidade de materia
para a realizao de ensaios (qumicos, fsicos, mineralgicos etc.). (GES, et al,
2004)
10
Amostragem, ento, o conjunto de operaes destinado obteno de uma amostra representativa de uma dada populao ou universo. Uma amostra
representativa quando as propriedades do universo (teor dos diversos elementos,
1. Elaborao do plano de amostragem
constituintes mineralgicos, massa especfica, distribuio granulomtrica etc)
estimadas com base nessa amostra, inserem uma variabilidade estatisticamente
aceitvel. (OLIVEIRA, et al, 2007)
A amostragem usualmente realizada em quatro etapas (OLIVEIRA, et al, 2007):
determina a qualidade necessria para a
utilizadas. A escolha do sistema de amostragem depende de diversos fatores,
amostragem, definindo o universo, o objetivo e a sequncia de operaes
como, por exemplo, o tamanho das partculas, a massa especfica, a umidade,
entre outros.
2. Obteno da amostra consiste na determinao da sequncia e do nmero de
coletas das amostras; depende do tipo e da preciso requeridos para a
amostragem, das caractersticas dos fluxos etc.
3. Preparao da amostra o conjunto de operaes necessrias adequao da
amostra ao mtodo de determinao do parmetro de qualidade. Dentre essas
atividades, podem ser ressaltadas a secagem, a reduo de tamanho, a
homogeneizao, o quarteamento etc.
4. Determinao de um parmetro de qualidade inserem-se anlises dos
parmetros que iro determinar a qualidade do universo. Dentre eles podem ser
citados os teores de diversos elementos, a umidade, a distribuio
ealizada com esse objetivo denominada
quarteamento. Essa operao pode ser feita manualmente ou com auxlio de
granulomtrica etc.
Para obteno da amostra final, necessrio dividir a amostra primria em
alquotas de menor massa. A operao r
quarteadores mecnicos.
Na figura 2.2, est ilustrado, no diagrama de blocos, um exemplo genrico do
processo de amostragem.
11
FIGURA 2.2 Diagrama de blocos genrico de um processo de amostragem em tratamento de minrios.
Fonte: OLIVEIRA; AQUINO, 2007, p.9
2.2.2. Modelos de amo
a maior parte das operaes de processamento mineral utiliza-se um processo de
probabilstico
stragem
N
seleo pontual - o modelo . A amostragem probabilstica
compreende dois processos: processo de amostragem por incremento e processo
Amostragem por incremento consiste na coleta de um nmero tal de incrementos
sio no corpo original, e
depende dos valores de segregao e da taxa de mudana desses valores com a
de quarteamento. (OLIVEIRA, et al, 2007)
2.2.2.1. Processo de Amostragem por Incremento
tomados em funo de seus tamanhos, formas e dispo
posio. A amostragem correta por incrementos deve produzir uma curva normal
de distribuio. aplicvel a lotes no manuseveis e a certos lotes manuseveis.
12
Etapas necessrias amostragem: (OLIVEIRA, et al, 2007):
Integrao consiste na seleo dos incrementos pontuais, garantia de que tais incrementos representaro o universo dentro do erro estatstico definido.
ada incremento a ser
extrado.
l,
O processo de quarteamento se aplica exclusivamente a lotes manuseveis, e se
petir at se obter o peso requerido da amostra. Realiza-se em quatro etapas
iras diferentes:
o lote estacionrio com instrumento em movimento (cone quarteamento,
da partilha geomtrica; gera as fraes reais.
no da amostra real a partir da reunio das subamostras.
A segregao um dos principais problemas na obteno de amostras de material
articulado proveniente de fluxos, pilhas, caminhes. Essa segregao ocorre em
Delimitao de incrementos - definio do tamanho de c
Extrao dos incrementos - obteno dos incrementos. Reunio - mistura dos incrementos extrados que compem a amostra rea
representativa do universo com a preciso definida no plano de amostragem.
2.2.2.2. Processo de Quarteamento
re
(OLIVEIRA, et al, 2007):
Delimitao das fraes - diviso geomtrica, gerao de fraes modelo. Esta diviso feita por aparelhos ou instrumentos de partilha, pode ser
realizada de trs mane
pazada alternada etc.);
o lote em movimento com aparelho estacionrio (divisor riffles, divisor setorial rotativo);
o lote e aparelho em movimento (divisor setorial). Separao - materializao Seleo - escolha das fraes reais que sero guardadas como subamostras e, Reunio - obte
2.2.3. Amostragens em lotes manuseveis
p
duas situaes (OLIVEIRA, et al, 2007):
13
tendncia do material fino a se concentrar no centro, quando o mesmo depositado em pilha;
tendncia do material grosso a se concentrar na superfcie, mesmo que tenha maior densidade, quando submetido vibrao.
mente seco ou ento sob a forma de polpa para uma boa
, et al, 2007)
tratamento de
minrios. (OLIVEIRA, et al, 2007)
das a uma srie de pequenos erros, tais como
(OLIVEIRA, et al, 2007):
urante a coleta dos incrementos;
contaminao por material diferente e heterogeneidade do material;
ticos, a amostragem
vem ser
de amostras com erros estatisticamente
aceitveis. (OLIVEIRA, et al, 2007)
A maioria das usinas de concentrao mineral e de hidrometalurgia processa os
inrios a mido, portanto a amostragem de fluxos de polpa a mais utilizada
O minrio deve estar total
amostragem, visto que a umidade favorece a formao de agregados de partculas
finas; induz a erros devido segregao. (OLIVEIRA
A amostragem pode ser manual ou automtica. Os resultados obtidos com
amostragem automtica so mais confiveis que aqueles oriundos da amostragem
manual, embora esta, por inmeras razes, seja mais utilizada em
As tcnicas de amostragem manual podem ser realizadas com materiais em
movimento ou estticos. As amostragens manuais so tcnicas pouco
recomendadas, pois esto associa
variao no intervalo de tempo de coleta das amostras ou incrementos; variao na velocidade de coleta dos incrementos; perda de partculas d
segregao localizada do material.
Em funo dos elevados custos dos amostradores autom
manual amplamente utilizada e, assim, os critrios de sua execuo de
rgidos de modo a permitir a obteno
2.2.4. Amostragem de Polpas
m
14
para acompanhamento da qualidade dos fluxos intermedirios e finais nos circuitos
nado intervalo de tempo (Figuras 2.3).
piloto e industrial. (OLIVEIRA, et al, 2007)
A amostragem de polpas, em usinas, pode ser realizada por meio de diversos tipos
de amostradores automticos. Estes amostradores possuem como caracterstica
comum o corte de todo o fluxo num determi
FIGURA 2.3 No primeiro plano, amostrador idealizado por Osborne para amostragem de fluxos contnuos de polpa e, no segundo plano, amostragem de polpa com fluxo contnuo.
Fonte: OLIVEIRA; AQUINO, 2007 p.19
2.2.4.1. Quarteamento em polpa
Enquanto a coleta de amostras uma operao de campo, realizada nos lugares
onde se encontram as instalaes, a operao que se segue coleta realizada
nte laboratrios. Aps a coleta das amostras,
ainda na
em lugares apropriados, normalme
segue-se a preparao, e as principais tcnicas utilizadas so: secagem,
fragmentao, homogeneizao e quarteamento. (OLIVEIRA, et al, 2007)
So necessrias, normalmente, massas de minrios superiores massa mnima
necessria para garantir a representatividade de um dado universo. Assim, a
primeira etapa de amostragem consiste no quarteamento da amostra,
forma de polpa. Utilizam-se equipamentos de concepo simples (Figura 2.4) que
reduzem, significativamente, o manuseio da amostra. (OLIVEIRA, et al, 2007)
15
O quarteador de polpa (Figuras 2.4 e 2.5) constitudo por duas partes principais:
um alimentador e um disco giratrio com um nmero par de recipientes. O
alimentador possui um agitador, que mantm o material em movimentao e
homogneo, e uma vlvula de descarga para manter a vazo de polpa constante
nos recipientes contidos no disco giratrio. Cada recipiente constitui uma frao do
quarteamento. Caso se deseje maior massa, juntam-se as amostras dos
recipientes diametralmente opostos. (GES, et al, 2004)
FIGURA 2.4 Quarteador de polpa utilizado para quarteamento de amostras obtidas em
operaes piloto e/ou industrial.
Fonte: OLIVEIRA; AQUINO, 2007 p.19
16
FIGURA 2.5 Partes de um quarteador de polpa
Fonte: GES; LUZ; POSSA, 2004 p.40
Os divisores rotativos devem ser evitados na amostragem de lotes de pequena
massa, de produtos midos ou de alta viscosidade, de minrios grossos ou de
polpas instveis, sem agitao prvia.
17
3. METODOLOGIA O quarteador do Laboratrio de Processo do Centro de Desenvolvimento Mineral
da Vale composto, por um alimentador e por um disco giratrio com doze
recipientes ( Figura 3.1). O alimentador possui um agitador que mantm o material
em movimento e homogneo, e uma vlvula de descarga para manter a vazo de
polpa constante nos recipientes contidos no disco giratrio.
Alimentador
Vlvula de descarga
Disco giratrio com 12 recipientes
FIGURA 3.1 Foto do Quarteador de Polpa do Laboratrio de Processo
Para a otimizao e a validao do procedimento de utilizao do quarteador de
polpa foi escolhida uma amostra de minrio de ferro, que por possuir alta
18
densidade, tem tendncia a sedimentar rapidamente e, consequentemente, no
manter a polpa em agitao homognea. Desta forma, se o resultado obtido nesse
ensaio for positivo, pode-se assumir que o quarteador eficiente para todos os
outros tipos de minrio.
De modo a determinar a granulometria e a concentrao de slidos de trabalho
ideal do quarteador, adotou-se o teste em trs top size (< 1mm; < 0,5 mm e P80<
0,075mm) e em duas concentraes de slidos (20 e 60%) distintas. Para se obter
os trs top size, a amostra foi preparada conforme fluxograma da Figura 3.2.
Inicialmente 150 kg da amostra foram peneirados em peneira com malha de 1mm e
o retido foi britado em britador cnico com abertura de 4 mm; tal procedimento foi
repetido trs vezes. O retido no peneiramento da terceira britagem foi britado em
britador de rolo com abertura de 0,6 mm.
Uma alquota de 100 kg foi retirada, sendo peneirada em peneira com malha de 0,5
mm e o retido foi britado em britador de rolo com abertura de 0,6 mm, at se obter
todo o produto menor que 0,5 mm. Por fim, uma alquota de 50 kg foi peneirada em
peneira de malha de 0,075mm e moda no setamil at obter um P80< 0,075mm. Ao
final, trs produtos selecionados: uma alquota de 50 kg menor que 1mm, uma
alquota de 50 kg menor que 0,5 mm e uma alquota de 50 kg com P80
19
1 mm
4 mm
1 mm
4 mm
1 mm
4 mm
1 mm
0,6 mm
0,5 mm
0,6 mm Produto final < 1 mm
0,075 mm Produto final < 0,5 mm 0,075 mm
0,075 mm
0,075 mm
Produto final P80 < 0,075
FIGURA 3.2 Fluxograma de britagem
Para o preparo das polpas com concentrao de slido de 20 e 60% foram
quarteados aproximadamente 6 e 28 kg respectivamente de cada top size. Essa
massa foi calculada com o objetivo de se obter um enchimento de
aproximadamente 70% do tanque de alimentao do quarteador de polpa, ou seja,
um volume de 27 litros. As quantidades de massa de slido e massa de gua para
se obter a polpa com concentrao de slidos de 20 e 60% esto descritas na
tabela 3.1.
20
A tabela 3.2 mostra as caractersticas do tanque de alimentao.
TABELA 3.1 Dados das amostras iniciais
Top Size
Concentrao de slidos
Massa de minrio
Massa de gua
Mm % kg kg 20 6 24,00 1 60 28 18,67 20 7,17 28,68 0,5 60 27,06 18,04 20 7,18 28,72 0,075 60 27 18,00
TABELA 3.2
Dados do tanque de alimentao Tanque de homogenizao
Dimetro 31,4 cm Altura de polpa 35,54 cm Espao vazio altura 14,00 cm Volume Total 27,52 L Enchimento 71,7 %
A polpa foi ento preparada e o quarteador de polpa foi alimentado e ligado.
Depois de alguns minutos da polpa em agitao, trs alquotas foram retiradas com
auxlio de uma bomba peristltica no topo, no meio e no fundo do tanque de
alimentao, para verificao da homogeneidade da polpa atravs da
concentrao de slidos medidos nos trs pontos. Aps a verificao da
homogeneidade da polpa, o disco giratrio com os dozes recipientes foi ligado e a
vlvula de descarga foi aberta de modo a distribuir a polpa nos recipientes at
esgotamento total da polpa. Esse procedimento foi repetido para os trs top size e
para as duas concentraes de slidos.
Aps a pesagem dos doze recipientes de cada polpa preparada e amostrada, em
cada recipiente foram realizados ensaios de anlises granulomtricas em peneiras
nas seguintes malhas: 1; 0,850; 0,600; 0,425; 0,300; 0,212; 0,150; 0,106; 0,075;
0,053 e 0,038mm, seguindo o mesmo padro estabelecido para as amostras de
alimentao. Aps secagem, as amostras foram compostas e a sua concentrao
de slidos foi calculada.
21
As amostras compostas foram pulverizadas e encaminhadas para anlise qumica
dos seguintes componentes: Fe, SiO2, P, Al2O3, Mn, TiO2, CaO e MgO
A comparao dos dados (concentrao de slidos, anlise granulomtrica e
anlise qumica) foi tratada estatisticamente e est apresentada no item
Resultados e Discusso.
22
4. RESULTADOS E DISCUSSO
Os dados iniciais das amostras e do preparo da polpa nas duas concentraes de
slidos distintas so apresentados na tabela 4.1.
TABELA 4.1 Dados iniciais
Massa
especfica Massa
de slidoVolume
de PolpaVolume
de slidoVolume de gua
Massa de polpa
Concentrao de slidos Teste
g/cm3 kg L L L kg %
23
TABELA 4.2 Concentrao de slidos no tanque de alimentao Amostra
24
TABELA 4.4 Concentrao de slidos no tanque de alimentao Amostra
25
TABELA 4.6 Concentrao de slidos no tanque de alimentao Amostra P80
26
ensaios de anlises granulomtricas, de anlises qumicas e de determinao da
concentrao de slidos.
Os dados de concentrao de slidos nos dozes recipientes esto apresentados
nas tabelas 4.8 a 4.13.
TABELA 4.8 Concentrao de slidos Amostra
27
TABELA 4.9
Concentrao de slidos Amostra
28
TABELA 4.10 Concentrao de slidos Amostra
29
TABELA 4.11 Concentrao de slidos Amostra
30
TABELA 4.12 Concentrao de slidos Amostra P80
31
TABELA 4.13 Concentrao de slidos Amostra P80
32
4.2. Anlise granulomtrica
Os resultados da anlise granulomtrica em peneiras dos dozes recipientes (Ri ,
com i= 1,2, ...12) e da alimentao esto apresentados nas tabelas 4.14 a 4.19 e
nas figuras 4.1 a 4.6.
33
TABELA 4.14 Distribuio de tamanho Amostra
34
Distribuio de tamanho
1,00
10,00
100,00
0,0100,1001,000mm
%
p
a
s
s
a
n
t
e
R1 R2 R3 R4 R5R6 R7 R8 R9 R10R11 R12 Alimentao
FIGURA 4.1 - Distribuio de tamanho Amostra
35
TABELA 4.15 Distribuio de tamanho Amostra
36
Distribuio de tamanho
1,00
10,00
100,00
0,0100,1001,000mm
%
p
a
s
s
a
n
t
e
R1 R2 R3 R4 R5R6 R7 R8 R9 R10R11 R12 Alimentao
FIGURA 4.2 - Distribuio de tamanho Amostra
37
TABELA 4.16 Distribuio de tamanho Amostra
38
Distribuio de tamanho
1,00
10,00
100,00
0,0100,1001,000mm
%
p
a
s
s
a
n
t
e
R1 R2 R3 R4 R5R6 R7 R8 R9 R10R11 R12 Alimentao
FIGURA 4.3 - Distribuio de tamanho Amostra
39
TABELA 4.17 Distribuio de tamanho Amostra
40
Distribuio de tamanho
1,00
10,00
100,00
0,0100,1001,000
mm
%
p
a
s
s
a
n
t
e
R1 R2 R3 R4 R5R6 R7 R8 R9 R10R11 R12 Alimentao
FIGURA 4.4 - Distribuio de tamanho Amostra
41
TABELA 4.18 Distribuio de tamanho Amostra P80
42
Distribuio de tamanho
1,00
10,00
100,00
0,0100,1001,000mm
%
p
a
s
s
a
n
t
e
R1 R2 R3 R4 R5R6 R7 R8 R9 R10R11 R12 Alimentao
FIGURA 4.5 - Distribuio de tamanho Amostra P80
43
TABELA 4.19 Distribuio de tamanho Amostra P80
44
Distribuio de tamanho
1,00
10,00
100,00
0,0100,1001,000
mm
%
p
a
s
s
a
n
t
e
R1 R2 R3 R4 R5R6 R7 R8 R9 R10R11 R12 Alimentao
FIGURA 4.6 - Distribuio de tamanho Amostra P80
45
Os resultados de anlise granulomtrica demonstraram preciso e acuracia em
todas as amostras. Para estes resultados, estabeleceu-se como critrio de
verificao da qualidade o valor de 1,5 como valor limite do desvio padro. Para as
amostras:
46
TABELA 4.20 Anlise qumica Amostra
47
Teor dos elementos menores
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
Alime
nta
o R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10
R11
R12
Teor
(%)
Al2O3 CaO MgO Mn
Teor dos elementos maiores
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
Alime
nta
o R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10
R11
R12
Teor
(%)
FIGURA 4.7 - Anlise qumica Elementos menores Amostra
48
TABELA 4.21 Anlise qumica Amostra
49
Teor dos elementos menores
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
imen
tao R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R1
0R1
1R1
2
Teor
(%)
Al
Al2O3 CaO MgO Mn
Teor dos elementos maiores
30,0
35,0
40,0
45,0
50,0
Alime
nta
o R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10
R11
R12
Teor
(%)
FIGURA 4.9 - Anlise qumica Elementos menores Amostra
50
TABELA 4.22 Anlise qumica Amostra
51
Teor dos elementos menores
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
ao R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R1
0R1
1R1
2
Teor
(%)
Alime
nt
Al2O3 CaO MgO Mn
FIGURA 4.11 - Anlise qumica Elementos menores Amostra
52
TABELA 4.23 Anlise qumica Amostra
53
Teor dos elementos menores
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
nta
o R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10
R11
R12
Teor
(%)
Alime
Al2O3 CaO MgO Mn
FIGURA 4.13 - Anlise qumica Elementos menores Amostra
54
TABELA 4.24 Anlise qumica Amostra P80
55
Teor dos elementos menores
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
nta
o R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10
R11
R12
Teor
(%)
Alime
Al2O3 CaO MgO Mn
FIGURA 4.15 - Anlise qumica Elementos menores Amostra P80
56
TABELA 4.25 Anlise qumica Amostra P80
57
Teor dos elementos menores
0,000
0,050
0,100
0,150
0,200
0,250
Alime
nta
o R1 R2 R3 R4 R5 R6 R7 R8 R9 R10
R11
R12
Teor
(%)
Al2O3 CaO MgO Mn
FIGURA 4.17 - Anlise qumica Elementos menores Amostra P80
58
Observam-se nas figuras 4.7 a 4.18 que os teores dos elementos analisados
no tiveram variao significativa entre os recipientes do quarteador de polpa.
Os resultados de anlise qumica, assim como na anlise granulomtrica,
mostraram grande preciso e acuracia em todas as amostras.
Os dados de anlise qumica foram tratados e avaliados em dois grupos: teor
dos elementos menores (10%). Para os
elementos menores estabeleceu-se o valor de 0,02 como valor limite do desvio
padro e para os elementos maiores o limite estabelecido foi de 0,5. Em todas
as amostras o desvio padro, tanto para o teor dos elementos menores quanto
para o teor dos elementos maiores, foi menor do que o limite estabelecido.
Mesmo com todos os resultados abaixo dos limites estabelecidos houve
algumas variaes: os elementos menores do recipiente 6 da amostra
P80
59
5. CONCLUSO
A preciso da amostragem varivel, dependente da variabilidade existente nas
amostras. De acordo com as teorias de amostragem, cada partcula da amostra
deve ter a mesma probabilidade de pertencer ao lote amostrado, fato que no
ocorre, na maioria das vezes, na amostragem manual.
A amostragem em polpa com uso de um quarteador de polpa automtico foi o alvo
de estudo deste trabalho. O quarteador de polpa foi avaliado em termos de
granulometria, concentrao de slidos e anlise qumica. A partir da anlise
desses resultados conclui-se que o quarteador de polpa apresenta a preciso e a
acuracia necessrias para atender ao controle de qualidade estabelecido no
Laboratrio de Processo.
Para a realizao deste trabalho, as amostragens em polpa do laboratrio no
foram manuais, mas efetivadas pelo quarteador de polpa. Esta substituio trouxe
minimizao de erros e, consequentemente, maior confiabilidade dos dados
gerados durante os ensaios, que dependiam do quarteamento da amostra na forma
de polpa.
A mudana de tcnica operacional gerou mudanas no Laboratrio de Processo, e
levou ao uso sistemtico de outros quarteadores automticos, tanto a seco quanto
a mido, para substituio, sempre que possvel, dos quarteamentos manuais
ainda utilizados no laboratrio.
60
6. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS
ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 14724: informao e documentao - trabalhos acadmicos - apresentao. Rio de Janeiro, 2002.
ASSOCIAO BRASILEIRA DE NORMAS TCNICAS. NBR 6023: informao e documentao - referncias - elaborao. Rio de Janeiro, 2002.
BOTTER, D.A., PAULA, G.A., LEITE, J.G. e CORDANI, L.K. Noes de estatstica. So Paulo: IME/USP, 1996.
GRIFORIEFF, Alexandre et al. O problema da amostragem na indstria mineral. REM: Ver. Esc. Minas, Ouro Preto, v.55, n. 3, pp. 229-233, set. 2002
GES, Maria Alice C.de et al. Amostragem. In: LUZ, Ado Benvindo da et al (ed.).
Tratamento de minrio. 4 edio. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2004, 858p.
GY, P.M. Sampling of particule materials, theory and pratice. Second Revised Edition. Amsterdam: Elsevier, 1982. 431p.
GY, P. M.. Sampling for analytical purposes. Chichester: England, John Wiley & Sons Ltd, 1998. 153 p.
OLIVEIRA, Maria Lcia M. de & AQUINO, Jos Aury de. Amostragem. In:
SAMPAIO, Joo Alves et al (ed.). Tratamento de minrio: Prticas laboratoriais. Rio de Janeiro, CETEM/MCT, 2007, 557p.
61
ANEXO 1 RESULTADOS DAS ANLISES GRANULOMTRICAS