XIX ENTMME- Recife, Pernambuco - 2002.
TESTE DE FOLHA COM AGITAÇÃO MECÂNICA DE POLPA
DETERMINAÇÃO DA MASSA DE FILTRADO POR COMPUTADOR
E
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 [email protected]
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:[email protected]
3- Minerações Brasileiras Reunidas S.A.- MBR , Av. de Ligação, 3580. Nova Lima, MG , Brasil CEP34000-000
E-mail: [email protected]. 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 (Fe 20) 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 reali zada 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 reali zação 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).
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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
superficiais específicas detcnninadas pelo método de Blaine. A amostra P apresenta g ranulomctria mais grossei ra quando
comparada com a amostra M. As características granulométricas são apresentadas na tabela abaixo:
Tabela I- Características granulométricas das amostras M c P
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TIPO DA AMOSTRA
AMOSTRAM
AMOSTRAP
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 JOOrpm c manuaL co mo
também análise granulométrica na amostra original (<llimcnlaç<1o ).
Para o dimensionamento dos filtros a vácuo foi utilizado a metodologi a gráfica desenvolvida por Dahlstrom c Silvcrblatt
( 1977)
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Figura 1 -Montagem teste de folha mecânico com rotação variável.
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Os ensaios de filtragem foram reali zados 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 horizo ntal
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 92,9cm 2 ,
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 co mputador é organizado cm forma de um
arquivo que pode ser trabalhado em planilha eletrônica Exccl.
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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 grosse ira quando
comparada à amostra M. Os erros percentuais associados à variável resposta volume de filtrado apresentaram menores
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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.
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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 IOOrpm 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 .
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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.
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XIX ENTMME- Recife, Pernambuco - 2002.
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Agita ção
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 TU F. Verificou
também que quanto menor a á rea superficial específica da amostra maior era o erro percentual associado à TUF. quando
se utili zava 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 va lores médios das variáveis resposta para o teste de folha com agitação mecânica, apresentaram-se
mais elevados que aqueles do teste de folha com agitação ma nua l.
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.
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Figura 7- Análise granulométrica da amostra original (alimentação), teste de folha mecânico(lOOrpm) e convencional
- amostra M.
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Figura 8 - Análise granulométrica da amostra original (alimentação), teste de folha mccú nico( I OOrpm) c convencional
- amostra P.
3.2. Dimensionamento
A tabela abaixo apresenta os valores obtidos das áreas nccessúrias à filtragem por meio do dimensiona mento, 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
anteparo (aba)
Area necessária à
filtragem
AMOSTRAM
MANUAL
MECA NICO
1129,lm2
1084,0m2
AMOSTRAP
MANUAL
MECA NICO
G73,7m 2
G35,5m 2
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.
484
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6. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
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