Estudo sobre os Equipamentos de Concetração Gravítica by Luís Fabiano M. Silva

Definição de Concentração Gravítica

luisfabiano1401 — 2025-03-22 15:11:04 UTC

A concentração gravítica ou concentração graviométrica, pode ser definida como um processo no qual as partículas de diferentes são separadas uma das outras, na maior parte dos casos, pela ação da gravidade.

Principais mecanismos atuantes no processo

luisfabiano1401 — 2025-03-22 15:31:28 UTC

Existem diversos mecanismo que conseguem atuar no processo de concentração gravítica, como:

Aceleração Diferencial;
Sedimentação Retardada;
Velocidade diferencial em escoamento laminar;
Consolidação intersticial;
Ação de forças cisalhantes;

Todos esses processos são fundamentais na separação das partículas pelo meio da gravidade, isso é notório pelo comportamento dos grãos enqunto estão em determinado equipamento. As propriedades vistas são comparadas e colocadas em prática de acordo com as propriedades e qual espécie mineral seja de interesse para ser colocada no concentrado mineral e separada o máximo possível do rejeito.

Aceleração Diferencial (leia os comentários)

luisfabiano1401 — 2025-03-22 15:53:02 UTC

A tendência de uma partícula, dentro do separador gravítico, é sofrer atrito com outras partículas ou impacto nas fronteiras do equipamento a ser utilizado. Através desse pensamento, identificase que uma partícula sempre estará sujeita a sofrer aceleração ou desaceleração que, em determinado período, essa aceleração pode ocupar um significante período no movimento das partículas.

Sedimentação Retardada

luisfabiano1401 — 2025-03-22 18:27:06 UTC

Na sedimentação retardada, uma partícula é acelerada temporariamente pela ação da gravidade a fim de alcançar sua velocidade máxima por determinado período. Isso corre necessariamente pela partícula ser posta no efeito de queda livre, ficando em velocidade terminal até manter sua constante.

A razão de sedimentação livre (considerando que na água ρ=1) será de:

d1/d2 = (∆2 - 1/∆1 - 1)^m

Em que:

d1 e d2 = Diâmetros de duas partículas esféricas;

∆1 e ∆2 = Massas específicas;

m = variante conforme tamanho da partícula;

"m" será gual a 0,5 se (d<0,01mm) e igual a 1 se (d>2mm), obdecendo os princípios das leis desenvolvidas por Newton.

Consolidação Intersticial

luisfabiano1401 — 2025-03-22 18:51:50 UTC

A priori, o ideal é saber o que é um interstício: nada mais é do que um pequeno espaço entre as partes de um todo.

Esse tipo de mecanismo ocorre quando existe a formação de interstícios nas partículas, em que, nas partículas mais grossas de um ou mais minerais existem partículas finas com liberdade de movimentação. Um ods exemplos em que pode se ver o mecanismo da consolidação intersticial é no final do impulso em um jigue, através da compactação do leito em que as partículas descem pelo fluxo de água e gravidade atuante.

Velocidade diferecnial em escoamento laminar

luisfabiano1401 — 2025-03-22 18:59:28 UTC

Este tipo de mecanismo é aplicado à concentração em lâmina de água de pequenas espessuras, com cerca de 10 vezes o diâmetro da partícula como invólucro. Dentro da metodologia em que pode-se observar o princípio de funcionamento, as partículas são transportadas em uma lâmina de água ficam sequencialmente dispostas em: finas pesadas, grossas pesadas e finas e leves, grossas leves. Essa divisão é visível no plano inclinado apresentado acima (Figura 7).

Ação de forças de cisalhamento

luisfabiano1401 — 2025-03-22 19:49:28 UTC

O cisalhamento é causado pela aplicação de forças tangenciais ou forças de cisalhamento em um material. Essas forças atuam paralelamente às áreas de contato do material, resultando em uma deformação de deslizamento entre as partes do material.

Quando o cisalhamento ocorre, o esforço das suas forças será diretamente proporcional ao quadrado do diâmetro daquela mesma partícula. Seu decrescimento será indiretamente proporcional, isto é, com o crescimento da densidade.

De acordo com o estudo de Bagnold, as ações da força de cisalhamento irão provocar estratificações manuais na forma vertical divididas na sequência: grossas e leves, finas leves junto com grossas e pesadas e as finas pesadas na última seção de estratificação.

Critério e eficiência de concentração gravítica

luisfabiano1401 — 2025-03-22 19:57:55 UTC

O critério de concentração gravítica é uma relação entre as densidades dos minerais que se deseja separar. A eficiência da concentração gravítica depende de vários fatores, como a forma, o tamanho e a massa específica das partículas dos minerais.

De acordo com o critério de Taggart (1945), o Critério de Concentração (CC) aplicado na separação de dois minerais com água é explicado pela seguinte equação:

CC = (ρ-1)/(ρ-1)

p l

Onde:

ρp e ρl são massas específicas dos minerais pesado e leve, respectivamente.
e o valor absoluto (1) é considerado pela massa específica da água.

Equipamentos Gravíticos a serem abordados

luisfabiano1401 — 2025-03-22 20:20:13 UTC

De acordo com os estudos realizados dentro dos mecanismos e determinadas propriedades que podem ser vistas dentro dos equipamentos da separação no esquema concentrado-rejeito, serão abordados os seguintes equipamentos que estão dentro dessas especificidades:

Calha (simples e estrangulada);
Concentrador Reichert;
Mesa plana;
Jigue;
Espiral de Humphreys;
Mesa oscilatória;
Hidrocilone;
Concentrador centrífugo;

Calha simples

luisfabiano1401 — 2025-03-22 20:20:28 UTC

Do inglês, sluice box e conhecida como calha concentradora ou calha simples, esse tipo de equipamento de baixo custo é implementado nas minerações de curto prazo para conseguir um concentrado de baixo-médio teor em um período pequeno. Trata-se de um material com custo baixo, geralmente feito de madeira com pequenos obstáculos chamados de "riffles", utilizado para depsição das partículas pesadas enquanto as leves e grossas são consideradas como rejeito. No vídeo pode-se ver a utilização da calha simples para obtenção de magnetita (Fe3O4). Na separação, coloca-se a alimentação com um fluxo de água descendente no propósito de depositar o concentrado nos obstáculos e garantir a classificação granulométrica conforme interesse nas partículas geralmente médias ou grossas.

Calha estrangulada

luisfabiano1401 — 2025-03-22 20:20:41 UTC

A calha estrangulada consiste em uma calha típica, inclinada e que descresce no sentido do fluxo. Através desse decrescimento, o resultado do aumento de espessura trará uma melhor separação das partículas pesadas e leves que, no final da calha, a camada inferior do fluxo, que tem movimento mais lento e enriquecida com minerais pesados, é estratificada em camadas, sendo separadas por um cortador ajustado adequadamente. Apesar de seu funcionamento poder entregar um teor um pouco mais elevado que a calha simples, por possuir um perímetro pequeno na área de recebimento do material, a relação alimentação-produto exige muitas passagens para a obtenção de um concentrado com alto teor do minério de interesse. O vídeo acima possui algumas descrições mais detalhadas e o processo de utilização de uma maquete pronta da calha estrangulada, através da preparação de uma polpa e idealização de fluxo de água contínuo, identificaram o local de queda das partículas mais pesadas e separação do cascalho mais leve do mais pesado, apesar que, a utilização do fluco contínuo de água teve uma corrente muito forte e a lâmina de água não ter sido devidamente inclinada.

Concentrador Reichert

luisfabiano1401 — 2025-03-22 20:21:01 UTC

De forma resumida, o concentrador Reichert tem uma estrutura baseada em cones que são invertidos e sobrepostos em uma divisão e série de combinações diferentes. A alimentação é feita de forma homogênea na superfície de sua distribuição, sendo válido ressaltar que nessa etapa não ocorre nenhum tipo de concentração. Os meios de crescimento e decrescimento são indiretamente proporcionais, isto é, quanto menor a quantidade da polpa depois da fase de alimentação, maior será a espessura do leio. Esse tipo de concentração gravítica, assim como as calhas, tende a manter os minerais mais densos nas camadas supeficiais, gerando a estratificação do material. Através dos mecanismos de separação presentes no concentrador das calhas e cones fazem com que as partículas pesadas e finas sejam preferíveis na recuperação, portanto, considera-se que esse tipo de equipamento é ideal para minérios aluvionares.

Mesa plana

luisfabiano1401 — 2025-03-22 20:21:12 UTC

Também conhecida como mesa fixa ou mesa estática, a mesa plena tem como bases de funcionamento a cobertura de tapete de borracha com sulcos longitudinais em uma mesa inclinada, paralelos e em forma de "V".

Função dos sulcos: proteger partículas menores e mais pesadas já sedimentadas dos grãos maiores e leves que passam em um grau maior de aceleração conforme sedimentação;
A capacidade de uma mesa plana é de cerca de 60 t/h, próximo do valor mínimo do concentrador Reichert e com uma recuperação de concentrado ligeiramente maior e sem necessitar de tantas repetições pelo circuito;
Após a obtenção do produto, o concentrado da mesa plana é submetido ao processo "cleaner" em uma mesa osciltória ou um concentrador de correia;

Jigue

luisfabiano1401 — 2025-03-22 20:21:35 UTC

O processo de jigagem, apesar de seu alto teor de beneficiamento, é um dos mais complexos em questão de explicação e conhecimento do funcionamento total do equipamento, Muito disso se deve às suas complicações hidrodinâmicas e diversos tipos de jigues existentes, assim como mostrado no vídeo acima. Pelos efeitos de sucção e impulsão pode-se conseguir uma separação significativamente alta, considerando padrões para os outros equipamentos, isto, claro, se o equipamento for ajustado de forma adequada. O funcionamento do jigue ocorre principalmente pelo impulso da água que é causado pelo movimento recíproco de um êmbolo com borda selada por uma membrana flexível que permite o movimento vertical sem que haja passagem da água pelos flancos. Falar dos tipos de jigues é muito complexo pelas diversas tipagens existentes. Cabe dizer que a maioria é dividida dentro das complexidades hidrodinâmicas e físico-gravitacionais, baseando-se em um mesmo funcionamento que pode variar conforme a atualidade do jigue, observando-se diferenças como capacidade máxima, tempo para obtenção do produto e formas que auxiliem as partículas a chegar nas propriedades de interesse para conseguir a espécie mineral de interesse e a recuperação das partículas finas, se necessário.

Espiral de Humphreys

luisfabiano1401 — 2025-03-22 20:21:56 UTC

O equipamento de separação gravítica conhecido como espiral de Humphreys é composto por um canal helicoidal de seção semicircular. Neste aparelho, a polpa mineral, ao percorrer o canal, exibe um perfil de fluxo laminar que oscila entre zero na parede até atingir uma velocidade máxima na conexão com o ar. Esta mudança de velocidade gera um gradiente que juntamente com a trajetória helicoidal, provoca a separação dos minerais por densidade. Nesse viés, o efeito das forças cisalhantes, geradas pelo movimento da polpa e pela mudança de velocidade, contribui para uma estratificação vertical dos minerais. Os minerais pesados tendem a se acumular na parte inferior do canal, enquanto os minerais leves tendem a se dirigir para áreas de maior velocidade, normalmente localizadas na parte superior e externa. No vídeo de apoio, há o exemplo de uma maquete da espiral de Humphreys que mostra uma maquete produzida por alunas da Universidade Federal de Catalão no objetivo de conseguir dois materiais após a passagem do material.

Hidrociclone

luisfabiano1401 — 2025-03-22 20:22:05 UTC

O hidrociclone é um dispositivo simples que utiliza a força centrífuga para separar partículas com base em suas variações de densidade e tamanho. A operação do hidrociclone inicia com an inserção de uma polpa mineral por uma entrada tangencial, que provoca a criação de um intenso vórtice dentro de uma câmara cônica. Esta rotação produz um campo de aceleração diferencial, no qual a força centrífuga é mais forte perto da parede do cone. Por outro lado, partículas leves e maiores, que são menos sensíveis à força centrífuga, tendem a se manter no núcleo central do vórtice e são evacuadas pelo excesso de fluxo na parte superior. A eficácia do hidrociclone é influenciada por diversos fatores operacionais, como o ângulo do cone, o diâmetro e a altura do vortex finder, além da pressão e da velocidade de alimentação. É crucial ajustar adequadamente esses parâmetros para maximizar a separação de minerais e maximizar a recuperação de componentes valiosos. Este equipamento é frequentemente usado em circuitos de pré-concentração e na classificação de minérios, especialmente em operações de mineração de carvão e minérios auríferos. O vídeo acima mostra uma animação em 3D do funcionamento do hidrocilone e algumas se suas propriedades que são observáveis de forma clara e evidente.

Concentrador centrífugo

luisfabiano1401 — 2025-03-22 20:22:28 UTC

O concentrador centrífugo é um avanço tecnológico no processo de separação gravítica, empregando forças centrífugas extremamente poderosas - que podem ser várias vezes mais fortes que a gravidade - para separar partículas, particularmente as mais finas, que são mais complicadas de recuperar por métodos tradicionais. A operação deste dispositivo se fundamenta na rotação de um rotor, que cria um campo centrífugo intenso dentro de uma câmara, fazendo com que as partículas de maior densidade se acumulem nas paredes internas, dando origem a uma sequência de anéis circulares. Pode-se ver pelo vídeo adicionado os concentradores centrífugos e todo o esquema para que o concentrado fique armazenado neles. Isso é notório pois, neste procedimento, a água é injetada sob pressão regulada para flutuação do leito e auxílio na "eliminação" de partículas leves dos anéis. Essa infusão de água, também chamada de contrapressão, precisa ser meticulosamente ajustada. Uma pressão excessiva pode resultar em uma fluidificação excessiva, arrastando até mesmo partículas pesadas, enquanto uma pressão insuficiente impede a penetração adequada de minerais densos nos interstícios do leito. Portanto, o concentrador centrífugo permite uma elevada taxa de enriquecimento, com relatórios de razões de concentração elevadas, sendo particularmente eficiente na recuperação de minerais finos e superfinos, que geralmente não são recuperados pelos métodos gravíticos convencionais. Este dispositivo tem sido empregado em várias operações, seja em circuitos de moagem ou no re-tratamento de rejeitos.

Mesa oscilatória

luisfabiano1401 — 2025-03-22 20:23:45 UTC

A mesa oscilatória típica consiste de um deque de madeira revestido com material com alto coeficiente de fricção. Tal equipamento opera através de um movimento variado aplicado a uma superfície inclinada, coberta com um material de alto coeficiente de atrito (normalmente com ressaltos ou riffles). Assim como fala em sua logística básica, podemos ver esse tip de equipamento na maquete proposta pelo professor André Carlos, que comenta sobre o funcionamento da mesa concentradora de movimento oscilatório. Este movimento cria áreas de velocidade diferencial em fluxo laminar, que, aliada à aceleração diferencial e à sedimentação retardada, resulta em uma estratificação mineral: as partículas finas e pesadas tendem a se acumular perto da superfície dos riffles, enquanto as partículas mais leves são transportadas para as camadas mais altas. Embora tenha uma capacidade de processamento reduzida, este dispositivo é extremamente eficiente na recuperação de minerais finos, particularmente em circuitos de purificação de concentrados.

Mecanismo atuantes em cada processo

luisfabiano1401 — 2025-03-23 02:27:49 UTC

Lembrando os mecanismo de atuação dentro dos equipamentos:

Aceleração Diferencial;
Sedimentação Retardada;
Velocidade diferencial em escoamento laminar;
Consolidação intersticial;
Ação de forças cisalhantes;

Nessa seção serão abordados especificamente os mecanismos dentro de cada equipamento, explicando-os de forma geral. Cabe dizer a implementação de cada mecanismo e a metodologia aplicada dentro dele.

Calha simples

luisfabiano1401 — 2025-03-23 02:30:52 UTC

Para areias, os princípios gravíticos atuantes de maior importância dentro desse equipamento são a sedimentação retardada e a consolidação intersticial. Como atualmente esse tipo de calha mais "antiga" utiliza dos riffles somente para a captura de partículas de ouro mais grossas, esses princípios são fundamentais na separação de areia, siltes ou argilas, separando as partículas pesadas que são sedimentadas através do leito até o fundo da calha, enquanto as partículas leves são deslocadas para o fluxo de polpa. No caso de querer fazer uma segunda lavagem do rejeito para recolher as partículas, dessa forma, é fundamental a construção da fundação da calha e seus riffles a fim de garantir o máximo de concentrado com alto teor.

Para isso o riffle deve alcançar três objetivos:

Retardar o mineral valioso, mais denso, quesedimenta na parte inferior do fluxo; 
Formar uma cavidade para retê-lo; 
Proporcionar certo turbilhonamento da água para que haja separação mais eficiente entre os minerais com diferentes densidades;

Calha estrangulada

luisfabiano1401 — 2025-03-23 05:04:14 UTC

Os tipos de mecanismos gravíticos previstos nesse tipo de calha são:

Sedimentação retardada;
Consolidação intersticial;

O estreitamento progressivo da calha gera uma variação controlada no fluxo da polpa, potencializando os efeitos da sedimentação retardada e da consolidação intersticial. Esse mecanismo permite que partículas de maior densidade se acumulem em camadas inferiores e sejam separadas das frações mais leves, garantindo maior eficiência nos processos de concentração gravimétrica.

Mesa plana

luisfabiano1401 — 2025-03-23 06:30:47 UTC

Os mecanismo presentes na mesa plana são:

Velocidade diferencial em escoamento laminar: A água flui de forma controlada sobre a superfície inclinada e vibratória, criando zonas com diferentes velocidades que favorecem a separação dos minerais.
Aceleração Diferencial: A combinação da inclinação e vibração gera acelerações distintas para partículas com diferentes densidades, impulsionando os minerais pesados para áreas específicas.
Ação de forças cisalhantes: Os movimentos vibratórios criam gradientes de velocidade (cisalhamento) que auxiliam na separação fina entre os minerais.

Jigue

luisfabiano1401 — 2025-03-23 06:30:54 UTC

De acordo com as pesquisas realizadas pelo slide e na identificação do processo pela visualização de vídeos e pesquisa em outros sites, é possível dizer que os mecanismos visualizáveis no jigue são:

Aceleração Diferencial: As pulsations cíclicas (batidas) proporcionam variações de aceleração que promovem a sedimentação rápida dos minerais pesados em relação aos leves.
Sedimentação Retardada: Durante o ciclo de pulsação, as partículas leves permanecem mais tempo em suspensão, permitindo que a separação ocorra progressivamente.
Consolidação intersticial: A consolidação intersticial, durante asucção, põe as partículas finas/pesadas nofundo e as grossas/leves no topo do leito.

Espiral de Humphreys

luisfabiano1401 — 2025-03-23 06:31:07 UTC

A espiral de Humphreys consegue possuir 3 tipos de mecanismos identificáveis de acordo com a perspectiva de cada característica desses mesmos mecanismo analisadas anteriormente. Para tanto, observa-se que a espiral de Humphreys possui:

Velocidade diferencial em escoamento laminar: O fluxo espiral induz gradientes de velocidade ao longo do canal, fazendo com que partículas mais pesadas se concentrem em trajetórias internas enquanto as leves migram para a borda externa.
Aceleração Diferencial: A curvatura do canal, associada à ação da gravidade, gera acelerações diferenciadas que intensificam a separação dos minerais.
Ação de forças cisalhantes: O escoamento em espiral cria zonas de cisalhamento que ajudam a refinar a separação entre os minerais.

Mesa oscilatória

luisfabiano1401 — 2025-03-23 06:31:19 UTC

Pode-se observar os seguintes mecanismos no processo da mesa oscilatória:

Velocidade diferencial em escoamento laminar: Parecido com a mesa plana, a água distribuída sobre a superfície oscilatória estabelece diferentes velocidades de fluxo, contribuindo para a separação.
Aceleração Diferencial: O movimento oscilatório combinado com a inclinação faz com que as partículas respondam de forma distinta à aceleração, direcionando os minerais mais pesados para regiões de acúmulo.
Ação de forças cisalhantes: Os movimentos de oscilação geram forças de cisalhamento que auxiliam na redistribuição e segregação dos minerais.
Sedimentação Retardada: Em função do movimento constante, as partículas leves tendem a sedimentar de forma retardada, acentuando a diferença com as partículas densas.

Hidrocilone

luisfabiano1401 — 2025-03-23 06:31:25 UTC

O hidrociclone é um dos equipamentos de separação graviométrica que temos mais familiaridade por já ter visto ele em sala de aula. Mesmo que não presenciando seu funcionamento, há de se ter o mínimo de compreensão estrutural mesmo que não seja parte dos grupos que trabalharam com esse modelo. Por isso, pode-se afirmar que alguns dos mecanismo presentes no hidrocilone são:

Aceleração Diferencial: A injeção tangencial da mistura gera um vórtice intenso; as forças centrifugas produzem acelerações muito altas, forçando os minerais pesados a se deslocarem para a parede externa.
Sedimentação Retardada: Os minerais leves permanecem mais tempo na zona central (núcleo do vórtice) por serem menos afetados pelas acelerações centrifugas, o que possibilita sua remoção na overflow.
Consolidação intersticial: Próximo à parede, a alta concentração de partículas pode levar a um arranjo compacto (consolidação dos espaços intersticiais), influenciando a eficiência da separação.
Ação de forças cisalhantes: A forte rotação gera intensos gradientes de velocidade, resultando em forças cisalhantes que atuam na interface entre as partículas.

Concentrador Reichert

luisfabiano1401 — 2025-03-23 06:32:36 UTC

Por ter uma taxa de alimentação bem controlada, o que garante a maior recuperação dos grânulos presentes no feed, o aumento dessa almentação geralmente é fora de questão em um replanejamento para maior eficiência no beneficiamento, pois, se a carga for aumentada, o teor do concentrado pode ser reduzido e a quantidade de material do beneficiamento geral a ser considerado como rejeito pode aumentar. São necessárias também várias etapas de concentração (assim como na calha estrangulada) para conseguir o resultado de interesse.

Concentrador centríugo

luisfabiano1401 — 2025-03-23 06:33:20 UTC

Trabalhando sobre meios indiretamento proporcionais, o concentrador centrífugo usa, como já obviamente explícito pelo seu nome, da propriedade de centrifugação para separar os materiais mais densos dos de menor densidade. Através dessa análise simples e pela intepretação do texto de pesquisa disponibilizado, percebe-se que os mecanismos presentes no concentrador centrífugo são encaixados dentro das seguites funcionalidades do dispositivo:

Aceleração Diferencial: O rotor giratório cria campos centrífugos intensos, proporcionando acelerações muito superiores às do campo gravitacional normal – minerais densos são fortemente forçados contra as paredes.
Sedimentação Retardada: Devido à ação do campo centrífugo, as partículas leves não conseguem se depositar com a mesma rapidez e são removidas junto com o fluido.
Consolidação intersticial: No interior do concentrador, os minerais pesados podem se compactar, reduzindo os vazios e aumentando a eficiência da separação.
Ação de forças cisalhantes: As velocidades elevadas geram forças de cisalhamento significativas que ajudam a "lavar" os minerais leves e manter a integridade da separação.