Análise de partículas na mineração e nos minerais

Aplicações em Mineração e Minerais

Se não pode ser cultivado, precisa ser extraído... Se for extraído, o tamanho das partículas importa.

O Levantamento de Commodities Minerais do USGS (Serviço Geológico dos Estados Unidos) de 2015 lista mais de 90 minerais diferentes, desde abrasivos até zircônio. Destes, 14 tiveram uma produção de minas nos EUA superior a US$ 1 bilhão em 2014.

A extração de minerais úteis é um processo árduo e tecnicamente complexo. Primeiramente, qualquer material sobre o depósito, conhecido como estéril, deve ser removido ou atravessado por túneis. Na etapa seguinte, o minério é detonado ou cortado, carregado e transportado para a usina para britagem e moagem secundárias, que preparam o material para o uso pretendido.

Cominuição

Em muitos casos, os minerais valiosos estão misturados com ganga, material comercialmente inútil, e o minério precisa ser separado. O primeiro passo de muitos processos de separação é a cominuição (redução do tamanho das partículas), seguida pela classificação (separação por tamanho de partícula), seja para moagem posterior ou para a etapa seguinte, a concentração do minério. Durante a cominuição, o minério deve ser moído de forma que as partículas sejam pequenas o suficiente para que cada partícula seja composta principalmente por um único mineral. Essas partículas são então separadas para concentrar o produto mineral.

Separação por gravidade

A separação por gravidade baseia-se nas diferenças de massa do material para separar minerais. Os métodos incluem jigs, comportas, espirais, mesas vibratórias, separadores de partículas finas, hidrossifões e ciclones. A separação por gravidade é baseada apenas no peso e é diretamente afetada pelo tamanho das partículas, uma vez que o volume é proporcional ao peso.

A separação por jig utiliza um fluxo de água pulsado ou um processo similar para impulsionar o material moído. Partículas maiores e mais pesadas afundam mais rapidamente entre os pulsos, tendendo a se depositar no fundo do jig. Portanto, a uniformidade do tamanho das partículas é importante para garantir a separação por densidade e não por tamanho. Além disso, a operação do jig (duração dos pulsos de água) e seu projeto dependem do tamanho das partículas a serem separadas. As calhas e espirais dependem da diferença entre o arrasto viscoso e a flutuabilidade para a separação de partículas. Essa diferença está diretamente relacionada ao tamanho das partículas. As mesas de gravidade utilizam uma plataforma vibratória para separar as partículas por tamanho e densidade. Assim, uma distribuição granulométrica estreita resulta em melhor separação.

Flotação por espuma

Neste processo, o material é separado pela química de superfície. Bolhas que fluem através de uma lama ou suspensão tendem a aderir a partículas com superfície hidrofóbica, fazendo com que estas flutuem até a superfície da espuma para serem recuperadas. Frequentemente, as superfícies das partículas são modificadas seletivamente, de modo que as superfícies dos minerais sejam hidrofóbicas, enquanto as superfícies da ganga sejam hidrofílicas. O tamanho das partículas é importante para a eficiência do processo. Partículas excessivamente finas podem ser arrastadas pelo fluxo de bolhas, independentemente da química de superfície, reduzindo a eficácia da separação. Partículas excessivamente grandes tendem a afundar, independentemente da adesão das bolhas.

Espuma na superfície do tanque de flutuação.

Separação eletrostática e magnética

O comportamento de uma partícula sob campos eletrostáticos ou magnéticos pode ser explorado para separar partículas por tipo. Esses campos induzem cargas (ou magnetismo). As forças resultantes fazem com que as partículas se movam dependendo de sua massa. Assim, partículas pequenas são deslocadas a distâncias maiores do que partículas grandes. Além disso, a carga da partícula é um fenômeno de superfície, e a maior área superficial das partículas finas tende a apresentar uma carga mais alta. Esses efeitos de tamanho podem levar à separação por tamanho, em vez de por composição. Dessa forma, uma distribuição de tamanho estreita geralmente, mas nem sempre, resulta em uma melhor separação.

Envio do produto

O produto final é frequentemente classificado e vendido tal como está ou para processamento posterior. Os clientes típicos exigem uma granulometria específica para garantir a otimização de seus processos. Assim, na etapa crucial da venda de produtos, muitas mineradoras controlam o tamanho das partículas. Em alguns casos, a forma das partículas também é importante.

Esta placa do lado de fora da mina de carvão desativada de Lackawanna indica que o tamanho das partículas tem sido importante no carregamento final dos produtos da mina há centenas de anos.

Como escolher um analisador de partículas

A escolha da técnica de análise granulométrica depende dos objetivos da análise. Muitas das partículas encontradas na mineração são caracterizadas por peneiras (classificadores). Estas são telas com uma abertura (malha) conhecida. Partículas menores que essa abertura passam pela peneira, enquanto as maiores são retidas. A análise é realizada empilhando-se as peneiras e agitando-as, manualmente ou com um agitador de peneiras. O material retido em cada peneira é pesado e os dados são combinados para extrair a distribuição granulométrica. As peneiras são então limpas para reutilização.

peneiras

As peneiras têm uma longa história e um baixo custo inicial. Os resultados da peneiração são frequentemente muito afetados pela técnica do operador. Esse efeito é parcialmente mitigado pelos agitadores de peneiras (embora com um aumento de custo). Além disso, as peneiras são delicadas e choques mecânicos podem alterar o tamanho das aberturas da tela. Ademais, como as partículas entram em contato direto com a superfície da tela, as peneiras se desgastam durante o uso correto (ou limpeza). À medida que as aberturas da peneira se expandem, os resultados obtidos se desviam ao longo do tempo, com pouca ou nenhuma indicação ao operador de que não são mais precisos. A análise granulométrica por peneiramento é amplamente utilizada devido à sua longa vida útil e facilidade de uso. Tecnologias mais recentes melhoraram consideravelmente a precisão, a confiabilidade e o tempo de análise, proporcionando margens de lucro maiores para os produtores, o que levou à substituição das peneiras em muitas empresas e indústrias.

Malha da peneira danificada que fornecerá resultados de tamanho enganosos.

Difração de laser

À medida que o tamanho das partículas diminui, a peneiração e/ou a análise dinâmica de imagens tornam-se mais trabalhosas ou impossíveis, e a difração a laser passa a ser a técnica de escolha. Quando as partículas são muito finas para análise de imagem — aproximadamente alguns micrômetros —, a melhor forma de analisá-las é por meio de instrumentos de difração a laser, como o LA-960V2 e o LA-350.