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FRAGMENTAÇÃO

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS - UFMG EMN120 TRATAMENTO DE MINÉRIOS. FRAGMENTAÇÃO. Prof a . Sônia Denise Ferreira Rocha 2010. FRAGMENTAÇÃO. FRAGMENTAÇÃO. Fases distintas e interdependentes do Tratamento de Minérios:. FRAGMENTAÇÃO.

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS - UFMGEMN120 TRATAMENTO DE MINÉRIOS

FRAGMENTAÇÃO

Profa. Sônia Denise Ferreira Rocha2010

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FRAGMENTAÇÃO

  • Fases distintas e interdependentes do Tratamento de Minérios:
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FRAGMENTAÇÃO

  • Fases distintas e interdependentes do Tratamento de Minérios:

Fase 1:Preparação, inclui a fragmentação (britagem e moagem) e o controle de tamanho (peneiramento e classificação);

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FRAGMENTAÇÃO

  • Fases distintas e interdependentes do Tratamento de Minérios:

Fase 1:Preparação, inclui a fragmentação (britagem e moagem) e o controle de tamanho (peneiramento e classificação);

Fase 2:Concentração, inclui tanto os métodos físicos de separação (densitários, magnéticos e elétricos) como os métodos físico - químicos (flotação e floculação seletiva);

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FRAGMENTAÇÃO

  • Fases distintas e interdependentes do Tratamento de Minérios:

Fase 1:Preparação, inclui a fragmentação (britagem e moagem) e o controle de tamanho (peneiramento e classificação);

Fase 2:Concentração, inclui tanto os métodos físicos de separação (densitários, magnéticos e elétricos) como os métodos físico - químicos (flotação e floculação seletiva);

Fase 3:Acabamento, inclui as técnicas de separação sólido - líquido (espessamento, filtragem e secagem).

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FRAGMENTAÇÃO

  • A fragmentação ou cominuição abrange o conjunto de

operações responsáveis pela redução do tamanho das

partículas minerais → OBJETIVOS:

      • Obtenção de uma parte ou de todo o minério dentro das especificações granulométricas para seu uso posterior;
      • Obtenção de grau de liberação necessário para se efetuar uma operação de concentração;
      • Aumentar a área superficial específica dos minerais de um minério expondo-os mais facilmente ao ataque por reagentes químicos.
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FRAGMENTAÇÃO

  • Objetivos podem ser atingidos simultâneamente, isto é, liberar para concentrar e obter um produto dentro de especificações granulométricas de mercado;
  • Operação realizada com rigoroso controle por ser uma operação normalmente cara. A fragmentação excessiva deve ser evitada.
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FRAGMENTAÇÃO

  • Operações de concentração são mais eficientes se recebem o material dentro de determinadas faixas granulométricas específicas para cada método ou equipamento. Por este motivo estão sempre associadas à fragmentação operações de separação por tamanho:
      • para evitar a entrada de partículas abaixo do tamanho desejado no interior das máquinas de fragmentação;
      • para encaminhar partículas de determinado tamanho para equipamentos que possam fazer sua fragmentação com maior eficiência;
      • fragmentação é realizada, via de regra, em circuito fechado com equipamentos de separação por tamanho para a obtenção de um produto com granulometria uniforme e para obtenção da maior capacidade de produção.
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< 0,15 mm

> 0,15 mm

Alimentação

< 0,15 mm

< 0,15 mm

Alimentação

> 0,15 mm

> 0,15 mm

FRAGMENTAÇÃO

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FRAGMENTAÇÃO

  • Mecanismos de Fragmentação
    • Impacto: é o mais eficiente em termos de utilização da energia. Ocorre quando as forças de fragmentação são aplicadas de forma rápida e em intensidade muito superior à resistência das partículas. Faz uso, em geral, da energia cinética de corpos em movimentos cadentes.
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FRAGMENTAÇÃO

  • Mecanismos de Fragmentação
    • Compressão: é a mais comum, desde blocos da ordem de metros até partículas micrométricas. Ocorre quando forças de compressão são aplicadas de maneira lenta e progressiva, permitindo-se que, com o aparecimento da fratura, o esforço seja aliviado. Em geral, as forças de compressão aplicadas são pouco superiores à resistência dos blocos rochosos ou partículas. Gera um número reduzido de fragmentos homogêneos de tamanho intermediário.
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FRAGMENTAÇÃO

  • Mecanismos de Fragmentação
    • Cisalhamento: leva a um consumo alto de energia e a uma produção alta de superfinos. As forças aplicadas são insuficientes para provocar fraturas ao longo de toda a partícula. Prevalece uma concentração de esforços na área periférica que leva ao aparecimento de pequenas fraturas. Partículas muito pequenas convivem com partículas de tamanho próximo ao original.
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Tamanho

original

Cisalhamento

Compressão

Impacto

Distribuição de tamanhos

FRAGMENTAÇÃO

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FRAGMENTAÇÃO

  • Mecanismos de Fragmentação
    • Choque ou impacto: britadores de impacto e nas áreas de impacto dos corpos moedores cadentes no interior dos moinhos revolventes.
    • Compressão ou esmagamento: britadores de mandíbulas, britadores giratórios e cônicos. Nos moinhos revolventes ele está associado à compressão das partículas entre corpos moedores ou à compressão entre as partículas.
    • Abrasão por Cisalhamento: partículas maiores são aprisionadas entre superfícies dotadas de movimento. Na maioria das vezes, o movimento entre as superfícies é contrário ao das próprias partículas. É observado freqüentemente nos produtos de moagem autógena.
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FRAGMENTAÇÃO - ESTAGIAMENTO

aresta = a

Área = 6a2

Volume = a3

ASEv = 6a2/a3 = 6/a

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Aresta = a/2

FRAGMENTAÇÃO - ESTAGIAMENTO

Área = 8 . 6. (a/2)2 = 12 a2

Volume = 8 . (a/2)3 = a3

ASEv = 12 a2/a3 = 12/a

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FRAGMENTAÇÃO

  • Britagem - primeiro estágio do processo de fragmentação (m ao cm). Divisão básica em primária e secundária.
    • Britagem primária - alimentação é o ROM, localização próxima ou dentro da cava, operação a seco e circuito aberto com ou sem grelha para escalpar alimentação.
    • Britagem secundária - alimentação é o produto da britagem primária ( < 15 a 30 cm) operação normalmente via seco com circuito fechado ou aberto.
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FRAGMENTAÇÃO

  • Britadores
        • Britadores de Mandíbulas
        • Britadores Giratórios
        • Britadores Cônicos
        • Britadores de Impacto
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FRAGMENTAÇÃO

  • Britadores
    • Britadores de Mandíbulas - britagem realizada entre uma superfície fixa e outra móvel, material escoado por gravidade. Grau de redução de 5/1.

O tipo Blake é o mais usado e tem uma abertura de alimentação fixa e abertura de saída móvel.

Alimentação nominal = 0,5 a 1,5 m

Velocidade = 200 a 350 rpm

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FRAGMENTAÇÃO

  • Britadores
    • Britadores giratórios - superfície externa em forma de tronco de cone com vértice para baixo e interna, móvel, com vértice para cima. Maior capacidade que os britadores de mandíbula, podem receber alimentação direta de caminhões.

Alimentação nominal = 1 a 1,6 m

Grau de redução = 8/1

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FRAGMENTAÇÃO

  • Britadores
    • Britadores cônicos - concepção semelhante aos giratórios diferenciando - se pela superfície externa, alta capacidade. São os mais usados em britagem secundária.

Alimentação nominal = 0,2 a 0,5 m

Grau de redução = 3/1 a 7/1

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FRAGMENTAÇÃO

  • Britadores
    • Britadores de impacto - rotor que gira a grande velocidade, preso a peças(martelos) que se chocam com o material alimentado arremessando-o contra placas fixas, 500 a 3000 rpm. Limitação→ materiais abrasivos ( sílica + óxidos metálicos < 15 %).

Alimentação nominal = 0,2 a 0,8 m

Grau de redução = 6/1 a 10/1

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FRAGMENTAÇÃO

  • Britadores
    • Britadores de rolos - Consistem de dois rolos lisos que giram um contra o outro fragmentando o material alimentado entre os rolos. Baixa capacidade e aplicação restrita a materiais friáveis.

Alimentação nominal = 0,2 m

Grau de redução = até 4/1

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FRAGMENTAÇÃO

  • Britadores
    • Britadores de rolos dentados- Consiste de um rolo dentado que gira de encontro a uma placa fixa ou contra outro rolo dentado. Aplicações = carvão, calcário, caulim, fosfatos, ferro ( materiais friáveis e pouco abrasivos).

Alimentação nominal = 0,10 a 0,3 m

Grau de redução = 2/1 a 4/1

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Característica

Mandíbula

Giratório

Impacto

Rolo dentado

Capacidade

Baixa a média

Média a alta

Baixa

Baixa

Potência (kW)

2,25 a 225

5 a 750

11 a 450

15 a 300

Abrasividade do material

sem restrição

Sem restrição

sílica + óxidos metálicos <15%

Restrição

Granulometria do produto

top size alto para lamelares

Top size menor que mandíbula

alta produção de finos

Produz menos finos

Grau de redução

5/1

8/1

até 40/1

até 4/1

BRITADORES PRIMÁRIOS

exemplo
EXEMPLO
  • Um britador realiza uma operação de fragmentação com os seguintes dados:
  • Granulometria da alimentação: 80% < 75mm
  • Granulometria do produto: 80% < 25mm
  • Qual é o grau de redução deste equipamento?
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EXEMPLO

Supondo-se que as curvas representem adequadamente os produtos de britagem, responda as questões abaixo.

- Estime as quantidades de material produzido (m3/h) nas seguintes faixas granulométricas: > 1”, < 1” > ½”, < ½” > ¼”, < ¼”, considerando-se uma alimentação de 50 m3/h, e abertura de saída na posição fechada de 1”.

- Explique a influência da variação da abertura de saída sobre a operação de britagem.

- Qual deve ser o grau de redução deste britador se a granulometria da alimentação é 80% < 6”.

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CURVAS GRANULOMÉTRICAS DE BRITAGEM (CURVA FRAGMENTATRIZ)

> 1 “

100 - 70 = 30%

% Paasante Acumulada

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CURVAS GRANULOMÉTRICAS DE BRITAGEM (CURVA FRAGMENTATRIZ)

< 1” > ½ “

70 - 37 = 33%

% Paasante Acumulada

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CURVAS GRANULOMÉTRICAS DE BRITAGEM (CURVA FRAGMENTATRIZ)

< ½ “ > ¼ “

37 - 21 = 16%

% Paasante Acumulada

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R = 10 - 100

EY

R = 1 10 - 100 Z

Y E

6

6

1

2

R , R = carga circulante em porcentagem da alimentação nova

E = eficiência de peneiramento

Y = % passante na peneira presente na descarga do britador

secundário

1

2

FRAGMENTAÇÃO

Circuitos de Britagem

  • Britagem primária na mina ou local próximo, circuito aberto.
  • Britagem secundária ou terciária em geral circuito fechado

com peneira

      • Circuito fechado normal
      • Circuito fechado reverso
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Fechado Normal

Fechado Reverso

Britagem Primária

Britagem Primária

Britagem Secundária

Carga Circulante

OS

Peneira Vibratória

Carga Circulante

OS

US

Britagem Secundária

Peneira Vibratória

US

Produto

Produto

FRAGMENTAÇÃO

Circuitos de Britagem

  • Britagem primária na mina ou local próximo, circuito aberto.
  • Britagem secundária ou terciária em geral circuito fechado

com peneira → granulometria homogênea.

      • Circuito fechado normal
      • Circuito fechado reverso
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Calcule a carga circulante em um circuito fechado normal de britagem secundária, que utiliza peneira vibratória, considerando-se os seguintes dados:

  • - abertura da peneira: 12,5 mm
  • - granulometria da descarga do britador secundário: 60% < 12,5 mm
  • eficiência de peneiramento: 85 %
  • Calcule a carga circulante em um circuito fechado reverso de britagem secundária, que utiliza peneira vibratória, considerando-se os seguintes dados:
  • - abertura da peneira: 12,5 mm
  • - granulometria da descarga do britador secundário: 60% < 12,5 mm
  • - granulometria da descarga do britador primário: 30% < 12,5 mm
  • eficiência da peneira: 85%
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R = 10 - 100

EY

6

1

  • Calcule a carga circulante em um circuito fechado normal de britagem secundária, que utiliza peneira vibratória, considerando-se os seguintes dados:
  • - abertura da peneira: 12,5 mm
  • - granulometria da descarga do britador secundário: 60% < 12,5 mm
  • eficiência de peneiramento: 85 %
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R = 1 10 - 100 Z

Y E

6

2

  • Calcule a carga circulante em um circuito fechado reverso de britagem secundária, que utiliza peneira vibratória, considerando-se os seguintes dados:
  • - abertura da peneira: 12,5 mm
  • - granulometria da descarga do britador secundário: 60% < 12,5 mm
  • - granulometria da descarga do britador primário: 30% < 12,5 mm
  • eficiência da peneira: 85%
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FRAGMENTAÇÃO

  • Moagem - último estágio do processo de fragmentação (cm ao μm). Moinhos revolventes ou tubulares são, ainda, os mais usados. São cilindros rotativos onde é realizada a fragmentação em seu interior pela ação de corpos moedores.
    • Corpos moedores
      • Barras cilíndricas
      • Bolas
      • Cylpebs - tronco de cone
      • Fragmentos do minério

Carga = corpos moedores + material a ser fragmentado

Carga = 30 a 50 % do volume interno do moinho

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Nc = 42,30

√D - d

FRAGMENTAÇÃO

  • Moagem - a fragmentação ocorre através da movimentação da carga. Em moinhos de bolas podem ocorrer dois regimes distintos de movimentação da carga:
    • Cascata - menor velocidade
    • Catarata - maior velocidade

Velocidade crítica = ponto de mudança de trajetória circular

para parabólica: operação entre 40 e 80% da Velocidade Crítica

Nc = velocidade crítica (rpm)

D = diâmetro interno do moinho (m)

d = diâmetro da bola (m)

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Nc = 42,30

√D - d

FRAGMENTAÇÃO

  • Moagem - a fragmentação ocorre através da movimentação da carga. Em moinhos de bolas podem ocorrer dois regimes distintos de movimentação da carga:
    • Cascata - menor velocidade
    • Catarata - maior velocidade

Velocidade crítica = ponto de mudança de trajetória circular

para parabólica: operação entre 40 e 80% da Velocidade Crítica

Nc = velocidade crítica (rpm)

D = diâmetro interno do moinho (m)

d = diâmetro da bola (m)

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FRAGMENTAÇÃO

Velocidade crítica

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FRAGMENTAÇÃO

  • Moagem - os moinhos são revestidos internamente ( aços especiais, ferro fundido e borracha).
      • proteger a carcaça
      • diminuir escorregamento da carga moedora
      • adequar levantamento e trajetória da carga moedora
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FRAGMENTAÇÃO

  • Moagem - Moinhos de Barras - usam como carga moedora barras de aço cilíndricas. Relação comprimento / diâmetro (L/D) > 1,25 / 1. Barras 150 mm menores que o moinho e de aço de alto carbono. Usual circuito aberto.
  • Descarga por transbordo: relações L/D entre 1,4 a 1,7 /1, grau de redução de 15 a 20/1, velocidade entre 60 e 65% Vc
  • Descarga periférica central: alimentação nas duas extremidades, L/D entre 1,3 a 1,5/1, grau de redução entre 4 e 8/1 velocidade entre 65 e 70% Vc
  • Descarga periférica: L/D entre 1,3 e 1,5/1, grau de redução entre 12 e 15/1 entre 65 e 70% Vc
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MOINHOS DE BOLAS

TIPOS DE DESCARGA

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ballpeb

cylpeb

bola

FRAGMENTAÇÃO

  • Moagem - Moinhos de Bolas - usam bolas, cylpebs e ballpebs como carga moedora. Relação L/D1 a 2/1. Bolas de aço ou ferro fundido. Operação é normalmente feita em circuito fechado e descarga por transbordo. Velocidade entre 65 e 78% da Vc.
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FRAGMENTAÇÃO

  • Moagem - Autógena/Semi-autógena - Usam fragmentos grandes do próprio minério ou mistura de fragmentos e bolas como corpos moedores. Possibilitam redução de custo de corpos moedores e eventual eliminação de estágios de britagem. Diâmetro muito maior que o comprimento ( L/D 1/ 1,5 a 3). % de enchimento de carga de 25 a 35% do volume do moinho.
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FRAGMENTAÇÃO

  • Moagem - algumas variáveis da moagem
  • Diâmetro e comprimento do moinho
  • Porcentagem de sólidos
  • Porcentagem de enchimento
  • Porcentagem da velocidade crítica
  • Tipo e material do revestimento
  • Tipo e material do corpo moedor
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FRAGMENTAÇÃO

  • Moagem - Moinhos de rolos de alta pressão - pistãos hidráulicos forçam um dos rolos contra o outro rolo que é fixo. A pressão comprime um leito de partículas levando à quebra “entre partículas” e induzido trincas residuais. Aplicações em carvão, calcário, cimento, produção de pellet feed e outros produtos.
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FRAGMENTAÇÃO

  • Moagem - Moinhos de rolos de alta pressão -
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Circuito

Descrição

Aplicações

A

moinho de barras em circuito aberto

moagem grosseira. Minério de urânio. Produção sinter-feed. Moagem a seco de coque

B

moinho de barras em circuito fechado

pouco comum. Moagem relativamente grossa com pequena produção de slimes. Serrana, moagem de silvinita

C

moinho de bolas em estágio único

muito comum em minério de cobre. Alimentação deve ser britada fina

D

moinho autógeno ou semi-autógeno em estágio único

usado na África do Sul e em moagem de taconito. Alimentação brita primária. Alto consumo energético

E

moinho de barras em circuito aberto e de bolas em circuito fechado

alto investimento, baixo consumo energético. Recomendado para materiais de difícil britagem fina

F

moinho autógeno ou semi-autógeno seguido de moinho de bolas

aplicações tendem a expandir-se por apresentar baixo investimento e razoável consumo energético

G

idêntico ao anterior substituindo o moinho de bolas por de seixos

investimento mais elevado que no F e custos mais baixos

H

circuitos A-B-C. Moinho autógeno, britador e moinho de bolas

utiliza britador para moer partículas nas faixas granulométricas críticas do moinho autógeno

I

moinho multi-câmara. Circuito fechado a seco

moagem de cimento ou bauxita

J

moinho de rolos (roller-mill)

moagem a seco de materiais pouco abrasivos. Usado em moagem de carvão, fosfato e cru de cimento (quando o teor de sílica livre na matéria prima é baixo)

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Estagiamento do Trabalho de Fragmentação
      • A fragmentação de blocos ou maciços rochosos é um processo que é realizado em estágios.
      • O desmonte de rochas, com explosivos, constitui a primeira etapa de fragmentação. Desmonte mecânico também pode ser utilizado em minérios friáveis.
      • A britagem é aplicada na redução de blocos maiores - metros até centímetros.
      • Caso seja necessária maior redução no tamanho das partículas, a moagem é processo mais adequado - centímetros até micrômetros.
      • Em partículas maiores, é necessária uma grande quantidade de energia para a fragmentação. Por outro lado, a quantidade de energia necessária por unidade de massa (kWh/t) é pequena.
      • Ao se reduzir o tamanho das partículas, reduz-se também energia necessária para a sua quebra, ao passo que a energia aplicada por unidade de massa aumenta.
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Aspectos Energéticos da Fragmentação
    • Num circuito de fragmentação, o tipo de equipamento selecionado varia na medida em que o tamanho das partículas diminui. Na grande maioria dos equipamentos existentes, as forças associadas à quebra são aquelas que envolvem ou compressão ou impacto. As diferenças entre equipamentos estão associadas aos diferentes tipos de mecanismos que levam a aplicação dessas forças sobre as partículas minerais.
    • Conseqüentemente, os equipamentos primários, referindo-se aos britadores, devem apresentar estruturas mecânicas maciças, concentradoras de energia. Na redução mais fina, no caso os moinhos, devem ser capazes de distribuir a energia de fragmentação sobre uma grande extensão de superfície.
exemplo67
Exemplo

Considerando-se:

  • granulometria da alimentação: 80% < 15000mm
  • granulometria do produto: 80% < 1500 mm
  • Wi = 12 kwh / tonelada curta
  • alimentação: 500 t/h
  • Determine o grau de redução do moinho.
  • Determine a potência necessária ao moinho (HP)
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Aspectos Energéticos da Fragmentação
      • Diferentes tipos de relações matemáticas, empíricas, têm sido propostas para correlacionar a resistência que partículas de composição, tamanho e forma diferentes apresentam à fragmentação.
      • Entretanto, tais índices não têm apresentado nenhuma relação com a fragmentação industrial visto que esta se realiza em máquinas onde milhares de partículas estão presentes. Na fragmentação industrial a ruptura de partículas não é um fenômeno isolado.
      • No interior das máquinas de fragmentação ocorrem outros fenômenos que, num processo caótico, contribuem para a dissipação de energia de fragmentação. Podemos citar diversos tipos de dissipação de energia como, por exemplo, a deformação, o atrito e até mesmo o ruído
slide70

Determinação da energia necessária para a moagem

cc = 250

Método de Bond

100

Equação de Bond

100

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FRAGMENTAÇÃO

Equações Empíricas da Distribuição do Processo de Quebra

(d/d*)representa uma relação geométrica

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