WO2018058222A1

WO2018058222A1 - Matriz magnética para separador magnético de alta intensidade

Info

Publication number: WO2018058222A1
Application number: PCT/BR2017/050286
Authority: WO
Inventors: José Pancrácio RIBEIRO
Original assignee: Ribeiro Jose Pancracio
Priority date: 2016-09-28
Filing date: 2017-09-28
Publication date: 2018-04-05
Also published as: CA3045932A1; US11084045B2; US20200030817A1; MX2019003515A; BR102016022548B1; AU2017337526A1; BR102016022548A2; RU2749231C2; RU2019112848A3; EP3520900A1; ZA201902651B; RU2019112848A

Abstract

A invenção se refere a uma matriz magnética para separador magnético de alta intensidade que é alimentada com uma polpa contendo partículas magnéticas e não-magnéticas, a matriz magnética (8) compreendendo uma série de chapas metálicas (7) ranhuradas nas suas duas faces, as chapas ranhuradas sendo arranjadas enfileiradas, paralelas e espaçadas entre si de um mesmo espaçamento (6) dentro de um alojamento, sendo que cada face de cada chapa ranhurada metálica (7) possui as cristas alinhadas com os vales da face voltada para ela da chapa ranhurada metálica (7) adjacente, e uma placa expandida ondulada (12) é disposta em cada espaçamento (6) entre chapas ranhuradas (7) adjacentes, com as ondulações das placas expandidas onduladas (12) acompanhando os alinhamentos cristavale das respectivas chapas ranhuradas (7) adjacentes.

Description

Pedido de patente de invenção para "MATRIZ MAGNÉTICA PARA SEPARADOR MAGNÉTICO DE ALTA INTENSIDADE".

A invenção se refere a uma matriz magnética para separador magnético de alta intensidade WHIMS usado na recuperação de partículas ultrafinas de minério, o que reduz substancialmente a quantidade de rejeitos gerados no processo de mineração, reduzindo assim os impactos ambientais em decorrência de seu armazenamento em barragens e propiciando também um aproveitamento maior dos recursos naturais.

Descrição do estado da técnica

No processo de mineração, o minério na forma como é extraído das minas está misturado com impurezas. Esse minério deve ser purificado, de modo a aumentar o teor e elevar seu valor agregado. Antes de ser purificado, o minério é peneirado com água e é transformado em uma polpa, a qual, em seguida, é alimentada às matrizes magnéticas de separadores.

Já são conhecidos do estado da técnica separadores magnéticos usados no processo de concentração magnética para separar as partículas magnéticas misturadas na polpa, obtendo um produto de boa qualidade. Esses separadores combinam eficiência e praticidade, sendo utilizados na separação de finos de minérios magnéticos e de minérios não magnéticos.

Exemplos de separadores magnéticos são descritos nos documentos US 3,830,367 e CA 717.830. No interior desses separadores magnéticos são dispostas matrizes magnéticas constituídas por chapas ranhuradas de aço magnetizável, dotadas de ranhuras longitudinais ao longo de toda a sua superfície, em ambas as faces. Cada matriz possui diversas placas dispostas verticalmente e paralelas entre si face a face, formando canais entre as ranhuras de placas vizinhas, que são atravessados pela polpa de minério. As ranhuras tem o formato de triângulos, em cujos vértices externos concentram as linhas de força e geram o alto campo magnético. As chapas ranhuradas são distanciadas umas das outras por espaçadores que mantêm os vértices dos triângulos das ranhuras de placas opostas a uma distância definida. Este espaçamento entre os vértices opostos define a abertura da matriz, em mm, por onde passa a polpa de minério a ser separada e em língua- gem técnica da separação magnética de alta intensidade é denominado "Gap".

O Gap, ou espaçamento entre as chapas ranhuradas, define o espaço de ar por onde devem passar as linhas de força do campo magnético e é, portan- to, um fator fundamental a ser definido para realizar o processo de separação magnética pois, entre outros fatores, dele depende a intensidade de campo magnético que pode ser gerado. O espaçamento também define o tamanho máximo da partícula do mineral que pode passar pela matriz. Tipicamente os Espaçamentos estão disponíveis em algumas dimensões típicas como, por exemplo, 1 ,5 mm; 2,0 mm; 2,5 mm; 3,0 mm; 3,2 mm; 3,8 mm; podendo assumir dimensões intermediárias e chegando ás vezes até 5,0 mm. Essas matrizes são montadas na periferia de rotores de aço e são magnetizadas por indução quando quando os rotores giram e passam em frente aos poios magnéticos dos separadores. Devido ao campo magnético induzido pelos poios, as partículas magnetizáveis da polpa de minério despejada sobre as matrizes magnéticas são atraídas e ficam presas nas placas dessas matrizes, enquanto os rejeitos contendo partículas não magnéticas atravessam os canais formados entre as ranhuras e são desviados para uma saída de rejeitos.

Atualmente, as tecnologias de separação magnética de alto campo (WHIMS) exigem que a separação seja feita em canais ou aberturas muito estreitas como condição para poder produzir altos campos e altos gradientes magnéticos. O empobrecimento das reservas minerais e o reaproveitamento de resíduos tem aumentado a demanda por processamento de minerais cada vez mais finos e que exigem campos magnéticos e gradientes cada vez mais elevados, implicando assim, cada vez mais, na diminuição das aberturas das matrizes magnéticas onde as partículas devem passar para serem separadas.

Nos separadores magnéticos conhecidos, que utilizam matrizes com chapas ranhuradas, a intensidade máxima do campo magnético apresenta um limite em torno de 15.000 Gauss obtido com o uso do Espaçamento de 1 ,5 mm. Essa limitação de intensidade do campo inviabiliza a separação magnética de algumas partículas de minério contidas na polpa que só geram produtos em campos magnéticos acima de 15.000 Gauss, devido à granulometria ul- trafina e a sua baixa susceptibilidade magnética. Consequentemente, essas partículas magnéticas que possuem valor comercial acabam ficando arma- zenadas em barragens de rejeitos, causando impactos ao ambiente.

Para conseguir aumentar este campo magnético já foi experimentado introduzir chapas de aço expandidas planas entre as chapas ranhuradas. Este experimento aumentou a intensidade de campo magnético das matrizes, mas esta solução melhorou o desempenho dos separadores magnéticos de alta intensidade de uma forma limitada e, por este motivo, não existem noticias de sua aplicação em casos práticos.

As dificuldades apresentadas foram em razão de, por razões práticas, terem sido utilizadas matrizes convencionais disponíveis no mercado, cujas chapas ranhuradas são montadas crista-crista, e isso obrigou o uso de chapas ou placas de aço expandidas planas. Estas placas de aço expandidas planas, conforme já mencionado, por não preencherem os vales das ranhuras, tem o seu comprimento das arestas coletoras limitadas à largura da matriz. No entanto, devido ao alinhamento das cristas de chapas ranhuradas adjacentes, só é possível utilizar chapas de aço planas.

Adicionalmente, essas placas expandidas planas, por não entrarem nas ranhuras das chapas ranhuradas, quando removidas, não possibilitam efetuar a limpeza das ranhuras através do efeito de raspagem dos vales. Portanto, essas placas planas não resolvem o problema da dificuldade da limpeza das chapas ranhuradas e o risco de entupimento da matriz.

Assim, o estado da técnica conforme já descrito apresenta muitas limitações para a recuperação de partículas ultrafinas, dentre as quais as principais são:

1 . A limitação do campo e do gradiente magnético a valores que são insuficientes para atrair e separar as micropartículas;

2. A passagem livre e desimpedida da polpa pelos canais formados pelas ranhuras das matrizes, permitindo que a polpa passe em velocidade muito alta e, portanto, reduzindo muito o tempo disponível para que as micropartí- culas sejam capturadas;

3. A disponibilidade limitada de comprimento de arestas coletoras nas chapas ranhuradas cujo comprimento se limita apenas ao comprimento da crista das ranhuras.

Vários modelos de matrizes foram desenvolvidos ao longo dos últimos 50 anos, utilizando esferas metálicas, esponjas de aço, e finalmente placas de aço expandidas planas colocadas entre as chapas ranhuradas, na tentativa de solucionar estes problemas, porém com sucesso limitado, permanecendo o principal problema, a dificuldade de limpeza das matrizes em caso de entupimento, o que paraliza a produção.

Objetivos da invenção

O objetivo da invenção é permitir que os separadores magnéticos, operem com campos magnéticos com intensidade de até 18.000 Gauss, e gradientes de até 4000 Gauss/mm, aumentando a quantidade e a variedade de partículas magnéticas que são extraídas e recuperadas da polpa de minério, permitindo a extração de partículas com menor granulometria e susceptibilidade magnética mais baixa.

Outro objetivo da invenção é de proporcionar uma matriz para o separador magnético que seja fácil de limpar e reduza o risco de entupimento do separador, e a consequente interrupção da operação da planta onde o separador magnético é instalada.

A presente invenção objetiva também diminuir a quantidade de resíduos e rejeitos minerais armazenados em barragens, e reduzindo o desperdício de água no processo de mineração.

Outro objetivo da invenção é maximizar a quantidade e a qualidade do material com valor comercial extraído do minério, elevando-se, assim, o valor dessa matéria prima.

A presente invenção também tem o objetivo de melhorar o desempenho de separadores magnéticos, aumentando a quantidade e a variedade de partículas magnéticas que são extraídas e recuperadas da polpa de minério, permitindo a extração de partículas com menor granulometria e susceptibilidade magnética mais baixa.

Breve Descrição da invenção

Os problemas do estado da técnica são solucionados por matriz magnética para separador magnético de alta intensidade que é alimentada com uma polpa contendo partículas magnéticas e não-magnéticas, a matriz magnética compreendendo uma série de chapas metálicas ranhuradas nas suas duas faces, as chapas ranhuradas sendo arranjadas enfileiradas, paralelas e espaçadas entre si de um mesmo espaçamento dentro de um aloja- mento, sendo que cada face de cada chapa ranhurada metálica possui as cristas alinhadas com os vales da face voltada para ela da chapa ranhurada metálica adjacente.

Uma placa expandida ondulada é disposta em cada espaçamento entre chapas ranhuradas adjacentes, com as ondulações das placas ex- pandidas onduladas acompanhando os alinhamentos crista-vale das respectivas chapas ranhuradas adjacentes.

A matriz magnética pode compreender placas expandidas onduladas de diferentes alturas, sendo que altura das chapas é menor ou igual à altura das chapas ranhuradas. A altura de cada placa expandida ondulada é selecionada em função de pelo menos um dentre a carga hidráulica, a velocidade de passagem da polpa, e o tempo de residência da polpa dentro da matriz. Cada placa expandida ondulada possuem uma alça na sua extremidade superior.

Essa configuração permite que placas de aço expandidas com perfil ondula- do possam ser perfeitamente inseridas no espaço entre as chapas ranhuradas.

Breve Descrição dos desenhos

As figuras ilustram:

Figura 1 - uma vista frontal de uma matriz magnética de acordo com o esta- do da técnica, usando chapas ranhuradas alinhadas crista-a-crista;

Figura 1 A - uma vista em detalhe ampliado de uma matriz magnética da figura 1 ; Figura 1 B - uma vista em detalhe ampliado da matriz magnética da figura 1 com uma placa expandida plana disposta entre as placas;

Figura 2 -uma matriz magnética de acordo com a presente invenção;

Figura 2A - uma vista em detalhe ampliado de uma matriz magnética da fi- gura 2;

Figura 2B - uma vista em detalhe ampliado da matriz magnética da figura 2 com uma placa expandida plana disposta entre as placas;

Figura 3 - uma vista em perspectiva da matriz magnética de acordo com a invenção;

Figura 3A - uma vista em detalhe ampliado de uma matriz magnética da figura 3, sem uma parte do alojamento externo da matriz, e mostrando seu interior;

Figura 3B - uma vista em detalhe ampliado das chapas ranhuradas com placa de trama ondulada dentro da matriz da figura 3;

Figura 4 - uma vista da matriz magnética com cortes em planos variados, mostrando a disposição das chapas ranhuradas e das placas de trama onduladas;

Figura 5 - uma vista em detalhe da placa de trama expandida ondulada em frente à chapa ranhurada.

Descrição detalhada dos desenhos

Esta invenção pode ser melhor intendida através das figuras 1 a 5. Na Figura 1 é mostrada uma matriz magnética convencional 1 , que é o padrão atual do mercado, e que pode ser melhor vista no detalhe da figura 1 A. Nas matrizes magnéticas de separadores magnéticos de alta intensidade (WHIMS), as chapas ranhuradas 7 são dispostas com as cristas de placas adjacentes alinhadas perfeitamente conforme a linha 3. O espaçamento 6 entre as chapas ranhuradas 7 é indicado pela distância indicada pela referência 6 existente entre as cristas das chapas ranhuradas 7 adjascentes. Este espaçamento 6 é denominado na tecnologia de separação magnética simplesmente com "GAP".

Na figura 1 B é mostrada em detalhe ampliado uma versão da matriz magnética com placa expandidas planas 5 dispostas entre as chapas ranhuradas. Nota-se que o alinhamento crista-crista das chapas ranhuradas não permite que haja espaço suficiente entre duas chapas ranhuradas para que seja encaixada uma placa ondulada entre elas, que preencha totalmente as ranhuras das placas.

A figura 2 mostra uma matriz magnética 8 de acordo com a presente invenção construída com chapas ranhuradas 7, que podem ser vistas mais claramente no detalhe da figura 2A. A linha 10 indica o alinhamento da crista de uma placa com o vale da placa adjacente, caracterizando a configuração crista-vale. Este tipo de montagem das chapas ranhuradas 7 permite a intro- dução entre duas placas adjacentes de uma placa expandida ondulada 12, preferivelmente de aço, que preenche de modo eficiente o espaço das ranhuras, conforme mostrado na vista em detalhe ampliado 2B.

Comparando-se a figura 1 B com a figura 2B, pode ser observado que a placa expandida ondulada 12 tem uma extensão total até 41 % maior do que a extensão de comprimento da placa expandida plana 5. Este aumento de comprimento pode ser confirmado pelo fato de que a largura total da placa expandida ondulada 12 é formada pela soma dos lados dos triângulos retân- gulos isósceles que adentram as ranhuras, uma a uma, enquanto que o comprimento da placa expandida plana é igual à soma das bases destes triângulos. A relação geométrica indica que a soma dos lados destes triângulos é 1 ,41 vezes o comprimento das bases.

Esta configuração da placa de aço expandida ondulada 12 que permite este aumento de comprimento é um dos principais fatores para aumentar a produção da matriz magnética ondulada, pois este aumento de comprimento resulta diretamente no aumento da superfície coletora das microparticulas magnéticas.

A figura 3 mostra uma vista em perspectiva da matriz magnética 8 de acordo com a presente invenção com as chapas ranhuradas 7 na disposição crista- vale e as placas onduladas 12 dispostas entre elas. Essa modalidade da invenção que é mais claramente ilustrada nas vistas em detalhe ampliado da figura 3A, que mostra a matriz sem uma parte do seu alojamento externo para visualização das chapas e placas no seu interior, e da figura 3B que mostra em detalhe o interior da matriz. As placas onduladas são constituídas por diversos filetes 16 ondulados ou em zigue-zague formando uma trama expandida ondulada. Essas placas de tramas onduladas 12 possuem, em suas quinas, arestas coletoras 17 que são responsáveis também pela geração do gradiente magnético responsável pela atração das microparticu- las magnéticas. Essas placas de trama onduladas 12 são igualmente inseridas entre as chapas ranhuradas.

Como pode ser visto na figura 3, para manuseio das placas expandidas onduladas 12 são disponíveis as alças 15 nas suas extremidades superiores, através das quais as placas onduladas 12 podem ser deslocadas para cima e para baixo, tanto nos momentos de instalação e retirada das placas onduladas 12, como nos momentos de limpeza das chapas ranhuradas.

Na figura 4, é mostrada uma vista em corte da matriz magnética 8 com a configuração crista-vale mostrada em corte em planos variados, de forma a poderem ser visualizadas as placas onduladas 12 com as alturas variáveis, sendo uma altura maior 19 e uma altura menor 20. O fluxo de polpa que esta sendo alimentado é representado pela seta 18. Pela escolha da altura adequada da placa expandida ondulada 12, é possível ajustar a perda de carga hidráulica para definir a velocidade de passagem da polpa, e também ajustar corretamente o tempo de residência da polpa dentro das matrizes do separador às características específicas do mineral que estiver sendo processado.

A figura 5 mostra a placa expandida ondulada 12 em frente à chapa ranhu- rada 7. Algumas arestas coletoras 17 ressaltadas em negrito 21 indicam o comprimento das linhas onde são coletadas as partículas magnéticas para melhor esclarecer o efeito que o maior comprimento da placa expandida ondulada tem no aumento da produção.

As modificações aqui descritas aplicadas a este tipo de matriz magnética ondulada propiciam também três características que melhoram o processo de separação magnética, a saber:

1 . A presença da placa entre as matrizes permite reduzir a velocidade da polpa em processo de separação, reduzindo, assim, o arraste hidrodinâmico que a água contida exerce sobre as micropartículas. A velocidade reduzida é um fator fundamental para que as micropartículas tenham tempo suficiente para serem coletadas nas arestas formadas pelos filetes da placa expandida ondulada.

2. O formato ondulado e pela multiplicidade de arestas da placa expandida ondulada permite um aumento substancialmente dos pontos de coleta das micropartículas, aumentando a recuperação em massa do produto vendável. Este prolongamento das arestas coletoras dos filetes juntamente com a redução da velocidade da polpa e a geração de altos gradientes magnéticos se somam para maximizar a recuperação e a qualidade do produto magnético.

3. Como as chapas ranhuradas são alinhadas na forma crista-vale, e devido ao formato ondulado das placas expandidas que são inseridas entre os canais formados pelas chapas ranhuradas opostas, ficando imbricadas entre elas, essa disposição forma um sanduíche, permitindo que, em caso de entupimento dos canais por qualquer motivo, a obstrução possa ser rapidamente eliminada, simplesmente pela remoção destas telas de aço onduladas de dentro dos canais da matriz.

A retirada da tela arrasta para fora os materiais que estão provocando o en- tupimento. A tela removida pode então ser limpa e recolocada facilmente na posição original, completando assim o processo de desentupimento. Dessa forma, não há necessidade de se utilizar outros equipamentos de limpeza para o pequeno espaço entre as chapas ranhuradas, já que estas placas expandidas onduladas servem como uma ferramenta natural para efetuar a limpeza das ranhuras em caso de entupimento.

Além disso, essa matriz magnética ondulada possui uma estrutura tal que, quando submetida ao campo do separador magnético, permite que se obtenha por indução, no seu interior, induções magnéticas da ordem de até 18.000 Gauss com gradientes magnéticos de até 4000 Gauss/mm, aumen- tando sensivelmente sua capacidade de extrair partículas ultrafinas do minério que está sendo processado. Isso porque as placas expandidas onduladas contribuem para aumentar o valor do campo magnético dentro da matriz. A operação combinada de todas estas características descritas se somam para propiciar o alto desempenho, produtividade e facilidade operacional da matriz magnética ondulada objeto desta invenção.

Tendo sido descrito um exemplo de concretização preferido, de- ve ser entendido que o escopo da presente invenção abrange outras possíveis variações, sendo limitado tão somente pelo teor das reivindicações apensas, aí incluídos os possíveis equivalentes.

Claims

REIVINDICAÇÕES

1 . Matriz magnética para separador magnético de alta intensidade que é alimentada com uma polpa contendo partículas magnéticas e não- magnéticas, a matriz magnética (8) compreendendo uma série de chapas metálicas (7) ranhuradas nas suas duas faces, as chapas ranhuradas sendo arranjadas enfileiradas, paralelas e espaçadas entre si de um mesmo espaçamento (6) dentro de um alojamento,

caracterizada pelo fato de que cada face de cada chapa ranhu- rada metálica (7) possui as cristas alinhadas com os vales da face voltada para ela da chapa ranhurada metálica (7) adjacente.

2. Matriz magnética ondulada para separador magnético de alta intensidade de acordo com a reivindicação 1 , caracterizada pelo fato de compreender uma placa expandida ondulada (12) disposta em cada espaçamento (6) entre chapas ranhuradas (7) adjacentes, com as ondulações das placas expandidas onduladas (12) acompanhando os alinhamentos cris- ta-vale das respectivas chapas ranhuradas (7) adjacentes.

3. Matriz magnética ondulada para separador magnético de alta intensidade de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 2, caracterizada pelo fato de compreender placas expandidas onduladas (12) de dife- rentes alturas, sendo que altura das placas expandidas onduladas é menor ou igual à altura das chapas ranhuradas (12).

4. Matriz magnética ondulada para separador magnético de alta intensidade de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que a altura de cada placa expandida ondulada (12) é selecionada em função de pelo menos um dentre a carga hidráulica, a velocidade de passagem da polpa, e o tempo de residência da polpa dentro da matriz.

5. Matriz magnética ondulada para separador magnético de alta intensidade de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que cada placa expandida ondulada (12) possuem uma alça (15) na sua extremidade superior.