BR102016027336A2 - método para minimizar retorno de espuma em uma célula de flotação, aparelho para auxiliar na minimização de retorno de espuma em uma célula de flotação, pluralidade de células de flotação e dispositivo - Google Patents

Abstract

método para minimizar retorno de espuma em uma célula de flotação, aparelho para auxiliar na minimização de retorno de espuma em uma célula de flotação, pluralidade de células de flotação e dispositivo. trata-se de um método e aparelho para minimizar retorno de espuma em uma célula de flotação que passa por flotação em espuma. a célula de flotação tem uma fase de pasta fluida, uma fase de espuma e uma interface de espuma/pasta fluida. água é injetada na célula de flotação em uma posição abaixo da interface de espuma/pasta fluida.

Description

“MÉTODO PARA MINIMIZAR RETORNO DE ESPUMA EM UMA CÉLULA DE FLOTAÇÃO, APARELHO PARA AUXILIAR NA MINIMIZAÇÃO DE RETORNO DE ESPUMA EM UMA CÉLULA DE FLOTAÇÃO, PLURALIDADE DE CÉLULAS DE FLOTAÇÃO E DISPOSITIVO” Campo [001] Essa invenção refere-se ao campo de flotação de espuma.

Antecedentes [002] Flotação de espuma tem sido usada a mais de um século na indústria de mineração para separar partículas minerais de partículas de refugo em pastas fluidas. Outras indústrias de recurso usam flotação de espuma para separar tais elementos como óleo de areia ou refugo, e tinta e/ou refugo de polpa na indústria de polpa e papel.

[003] Na indústria de mineração, após a rocha ser minerada, a mesma é tipicamente esmagada até a consistência de lama e, então, diluída com água para formar uma pasta fluida, que tem, tipicamente, aproximadamente 30% de sólidos em peso. Uma vez que o minério está na forma de pasta fluida, o mesmo pode ser submetido à flotação de espuma para separar o mineral desejado das partículas de refugo ou areia.

[004] O processo de flotação de espuma envolve, geralmente, diversas etapas. A primeira etapa envolve, tipicamente, adicionar substâncias químicas, chamadas tensoativos, à pasta fluida para reduzir a tensão de superfície da água na pasta fluida e, no caso de minerais, para revestir a superfície de mineral com uma camada molecular de tensoativo, portanto, fazendo com que o mineral se torne hidrofóbico. A seguir, bolhas de gás (geralmente ar) são injetadas na pasta fluida, que está contida em um recipiente ou célula de flotação. Uma forma de energia, então, é aplicada para forçar as partículas minerais nas bolhas de gás, de modo que quando as bolhas de gás flutuem para a superfície as mesmas carreguem as partículas minerais consigo. Finalmente, com a agitação mecânica e a separação, as bolhas de gás carregadas de mineral são removidas da superfície do recipiente para processamento subsequente por mais unidades de flotação ou por outras operações de processo.

[005] Circuitos de flotação compreendem normalmente um circuito mais rígido, que recupera maior parte do mineral valioso, porém, de baixa pureza ou teor, e um circuito mais limpo, que pode consistir em múltiplos estágios de células combinadas com correntes que recirculam. Um circuito de flotação mais limpo trata, normalmente, fluxos de processo menores que um circuito mais rígido, de modo que o mesmo eleve o produto de espuma dos circuitos mais rígidos.

[006] Há métodos diferentes usados geralmente para aplicar energia de modo a forçar partículas minerais nas bolhas de gás. Um método envolve utilizar um recipiente alto (normalmente de 10 a 15 metros) em que a pasta fluida é introduzida próximo ou no topo do recipiente e ar é introduzido próximo ou no fundo. Ar é geralmente introduzido com o uso de técnicas de pulverização a vapor, ou através de bombeamento de resíduos (pasta fluida reduzida a vários graus em termos de mineral valorizado) do fundo da célula e retornado ao fundo da célula através de uma restrição na linha (tal como, uma espiral fixada ou orifício) a qual ar é adicionado. As partículas que caem na pasta fluida tendem a colidir com as bolhas que sobem e fazem contato. As bolhas formam uma espuma no topo do recipiente e transbordam em uma calha para coleta. Esse processo em particular é denominado, tipicamente, flotação de coluna e o recipiente é denominado, frequentemente, uma célula de flotação de coluna.

[007] Um segundo método para aderir partículas minerais em bolhas de gás envolve colocar em contato pasta fluida de alimentação (de modo oposto à pasta fluida de resíduo discutida acima) e ar através de uma queda de pressão em um tubo e, então, descarregar a mistura de pasta fluida e ar em um recipiente para retirada de pasta fluida a gás, normalmente denominado flotação de estágio. A espuma resultante é, então, removida do topo do recipiente, de modo similar ao processo usado em flotação de coluna. Exemplos desse tipo de recipiente de flotação são conhecidos como a Célula de Contato e a Célula Jameson.

[008] Um terceiro, e provavelmente mais comum, método para alcançar contato de partícula/bolha utiliza um agitador em um recipiente de topo aberto para agitar a pasta fluida rigorosamente, enquanto se injeta ou aspira gás abaixo da haste do agitador, desse modo, forçando as partículas nas bolhas de gás. As bolhas de gás, então, flutuam para o topo do recipiente e são removidas de uma maneira similar à flotação de coluna. Tais recipientes de flotação agitados mecanicamente são denominados na indústria como células mecânicas ou células convencionais. Essas células podem ser retangulares ou circulares em formato. As células mecânicas circulares (ou tanques) são denominadas células tanque e é o tipo mais popular de célula agitada mecanicamente em uso atualmente.

[009] Células de flotação mecânicas são as máquinas de flotação mais geralmente usadas na indústria de mineração e areias asfálticas. Esses recipientes têm, tipicamente, um rotor assentado dentro de um ninho de chicanas, denominado na indústria como um estator. O rotor agita a pasta fluida para manter a pasta fluida em suspensão, para gerar bolhas de gás e para forçar partículas nas bolhas de gás. De maneira similar aos outros métodos descritos, as bolhas de gás carregadas de mineral, então, flutuam para o topo do recipiente onde formam uma espuma. A espuma é subsequentemente removida e direcionada para outro estágio de flotação, ou outra operação de processamento. Em cada caso, a agitação mecânica e a separação das bolhas de gás da pasta fluida são realizadas no mesmo recipiente. Os recipientes são normalmente combinados em série (geralmente em grupos de dois a oito recipientes) para formar o que se denomina um banco de células de flotação. Dependendo do tamanho da operação de mineração, muitas vezes, há múltiplos bancos de células que operam em paralelo na planta de processamento mineral. As células de flotação agitadas mecanicamente são amplamente usadas devido à capacidade das mesmas em normalmente criar alto cisalhamento de bolha comparado aos outros tipos de células de flotação. Células de flotação agitadas mecanicamente tendem a ser usadas quase que exclusivamente sobre outras células de flotação na seção principal (ou mais rígida) de um circuito de flotação.

[0010] Em todos os três tipos gerais de células de flotação descritos acima, há uma interface de espuma/pasta fluida próxima ou no topo das células. Quando uma bolha carregada de mineral que sobe alcança a interface, a velocidade de subida da mesma diminui dramaticamente, o que frequentemente resulta em um choque que pode desalojar as partículas minerais da bolha. Esse fenômeno é denominado retorno de espuma. No caso de células de flotação usadas atualmente, as partículas desalojadas recaem na pasta fluida e precisam se aderir novamente a uma bolha de gás dentro daquele recipiente, ou as mesmas irão reportar a um estágio de coleta subsequente para recuperação. Em células de flotação grandes com um baixo curso de massa de minerais para a espuma, a quantidade de minerais que retornam na espuma pode ser tão alta quanto 80 a 90%. Como resultado, modelação matemática do processo de flotação de espuma geralmente aplica um fator de recuperação de espuma. Medições laboratoriais de retorno de espuma foram realizadas, uma das quais foi reportada por Falutsu, M., Dobby, G.S., 1989, Direct measurement of froth dropback and collection zone recuperação in a laboratory flotation column, Minerais Engineering 2 (3), páginas 377 a 386.

[0011] Células de flotação agitadas mecanicamente convencionais podem exigir uma quantidade significativa de energia e volume de célula de flotação para manter a pasta fluida em suspensão, e para recoletar partículas minerais que retornaram da interface de espuma/pasta fluida na pasta fluida dentro do recipiente agitado. Visto que há, normalmente, um número de recipientes de flotação que trabalham juntamente como um circuito de flotação (diversas células em série), partículas que são rejeitadas da pasta fluida nos últimos recipientes na série não têm o tempo de permanência máximo da série completa para recoleta. Bem como, é normalmente aceito na indústria que retorno de partícula nos últimos recipientes da série é tipicamente maior que nos recipientes iniciais na série pelo fato de haver menos sólidos hidrofóbicos sendo recuperados, o que, frequentemente, resulta em menor estabilidade de espuma.

[0012] Em alguns casos, as células de flotação, tais como, células de flotação de coluna, aplicam água de lavagem acima da espuma, com o uso de bandejas coletoras ou canos de tubo de distribuição de tubo perfurado, para deslocar água na pasta fluida de alimentação, que carrega partículas de ganga ou indesejadas na espuma por arrastamento. Arrastamento é o carregamento de partículas indesejadas na espuma por meio da velocidade de crescimento da água na pasta fluida (isto é, nenhuma fixação às bolhas ocorre). Tipicamente, essas partículas estão na extremidade mais fina da distribuição de tamanho de partícula da alimentação. Lavar a espuma de acima geralmente resultará em teor de concentrado aumentado, deslocando-se partículas arrastadas. Entretanto, uma desvantagem é que o retorno de espuma é frequentemente realçado devido à ruptura de bolha. O tempo de permanência de circuito também é geralmente reduzido. Tanto o retorno quanto o tempo de permanência de circuito reduzido tendem a ocasionar menor recuperação de minerais valiosos. Consequentemente, a água de lavagem, conforme aplicada atualmente na indústria, aumenta tipicamente o teor de concentrado, porém, também tende a diminuir recuperação.

Descrição Resumida [0013] Em um aspecto da invenção, um método para minimizar retorno de espuma em uma célula de flotação que passa por flotação de espuma é fornecido. Sendo que a célula de flotação tem uma fase de pasta fluida, uma fase de espuma e uma interface de espuma/pasta fluida, em que o método compreende injetar água na célula de flotação em uma posição abaixo da interface de espuma/pasta fluida.

[0014] A invenção também fornece um aparelho para auxiliar na minimização de retorno de espuma em uma célula de flotação que passa por flotação de espuma. Em que a célula de flotação contém uma pasta fluida reagente a qual ar foi adicionado para criar uma espuma, sendo que a transição entre a pasta fluida e a espuma forma uma interface de espuma/pasta fluida. O aparelho que compreende uma pluralidade de canos que se estendem na célula de flotação e que terminam na pasta fluida abaixo da interface de espuma/pasta fluida, em que os canos liberam água para a pasta fluida abaixo da interface de espuma/pasta fluida.

[0015] A invenção fornece adicionalmente uma pluralidade de células de flotação para realizar flotação de espuma sucessiva em uma pasta fluida reagente, em que cada célula de flotação inclui uma unidade de coleta de partícula e uma unidade de retirada de bolhas. As células de flotação também incluem uma entrada de alimentação de pasta fluida e uma saída de resíduos. As células de flotação são posicionadas adjacentes uma em relação à outra, em que as células de flotação adjacentes são conectadas de maneira fluída em série, de modo que a saída de resíduos de uma célula de flotação a montante esteja em comunicação fluida com a entrada de alimentação de pasta fluida de uma célula de flotação a jusante imediatamente adjacente. As saídas de resíduos e as entradas de alimentação de pasta fluida são orientadas tangenciais em relação às células de flotação respectivas das mesmas, que permite as unidades de coleta de partícula e as unidades de retirada de bolhas de células de flotação adjacentes a serem fisicamente posicionadas próximas de uma maneira que auxilia na minimização de espaço entre as unidades de coleta de partícula e de retirada de bolhas. Isso tende a reduzir a área total exigida para alojar as células de flotação e para ajudar a reduzir coalescência de bolhas dentro de células de flotação adjacentes de união de tubulação.

[0016] Aspectos adicionais da invenção se tornarão aparentes a partir da seguinte descrição lidas juntamente com as Figuras anexas.

Breve Descrição das Figuras [0017] Para um melhor entendimento da presente invenção, e para mostrar mais claramente como a mesma pode ser procedida ao efeito, agora será feita referência, a título de exemplo, às Figuras anexas que mostram realizações exemplificativas da presente invenção, nas quais: A Figura 1 é uma Figura esquemática de uma realização de um reator de flotação de estágio de acordo com a invenção; A Figura 2 é uma Figura esquemática de uma disposição de lavagem sob espuma em associação com o reator de flotação de estágio da Figura 1; A Figura 3 é uma Figura esquemática da disposição de lavagem sob espuma da Figura 1 com placas contra turbulência; A Figura 4 é uma vista plana de topo de uma disposição de divisão possível para uso em associação com a disposição de lavagem sob espuma da Figura 1; A Figura 5 é uma Figura esquemática do topo e da lateral de um reator de flotação de estágio de acordo com a invenção que demonstra uma unidade de recuperação de espuma cônica e projetada para lavar de modo a assistir na minimização de distância de transporte da espuma;

A Figura 6 é uma Figura esquemática de reatores de flotação de três estágios da Figura 1 em que os mesmos podem estar conectados em série, mostrando altura de desnível; E A Figura 7 é uma vista plana esquemática de topo da Figura 6.

Descrição [0018] A presente invenção pode ser realizada em várias diferentes formas. O relatório descritivo e as Figuras que seguem descrevem e revelam algumas das formas específicas da invenção.

[0019] Referindo-se às Figuras 1 a 3, são mostradas Figuras esquemáticas de um reator de flotação de estágio 10 de acordo com uma realização da invenção. Conforme representado na Figura 1, o reator de flotação de estágio consiste em três compartimentos. O primeiro compartimento é uma unidade de coleta de partícula (PCU) 20. O segundo compartimento é uma unidade de retirada de bolhas (BDU) 30. O terceiro compartimento é uma unidade de recuperação de espuma (FRU) 40. Será verificado por aqueles versados na técnica que a natureza, configuração e localização do processo de cada compartimento podem variar enquanto permanecem dentro do escopo da invenção.

[0020] Na realização representada, PCU 20 inclui uma entrada de alimentação de pasta fluida 22, uma entrada de gás (não mostrado) e um agitador 26. A pasta fluida reagente (isto é, pasta fluida que foi misturada com substâncias químicas tensoativas de modo que os minerais na pasta fluida se tornem revestidos com tensoativo e, desse modo, tornem o mineral hidrofóbico) é alimentada próximo ao fundo de PCU 20 por meio de entrada de alimentação de pasta fluida 22. Gás (ar) é alimentado diretamente na PCU 20 ou alimentado na entrada de alimentação de pasta fluida 22 por meio da entrada de gás. O topo de PCU 20 é vedado. A pasta fluida reagente e o gás são agitados por um rotor 28 que gira a velocidades relativamente altas. A agitação faz com que os minerais hidrofóbicos adiram às bolhas de gás em PCU 20. A pasta fluida juntamente com as bolhas de gás, que agora carregam partículas minerais coletadas, existem juntas próximas ao topo da PCU.

[0021] Conforme mostrado na realização representada, a pasta fluida e as bolhas de gás são transferidas por meio de um conduto 24 ao segundo compartimento, BDU 30.

[0022] Em BDU 30, as bolhas de gás que carregam os minerais hidrofóbicos são permitidas a flutuar de modo ascendente. A pasta fluida remanescente, sem bolhas de gás, é eventualmente descarregada da BDU 30 por meio de uma saída de resíduos 32. A BDU permite tempo suficiente para a pasta fluida sair do fundo do reator sem carregar bolhas de gás.

[0023] As bolhas de gás que sobem de maneira ascendente na BDU, tipicamente, junto com uma quantidade pequena de pasta fluida arrastada, adentra o terceiro compartimento de reator de flotação de estágio 10, FRU 40.

[0024] Após as bolhas de gás e a pasta fluida adentrarem FRU 40, permite-se que uma interface de gás/pasta fluida 42 se forme (mantendo-se controle da taxa de descarga de BDU 30). Uma espuma 43 é criada acima da interface de gás/pasta fluida 42. A espuma transborda um rebordo de descarga de espuma 38 de FRU 40 para formar o produto de espuma (não mostrado). Visto que não há processo de coleta em BDU 30 para recuperar partículas minerais que derrubaram bolhas de gás, os minerais caídos irão sair de BDU 30 com os resíduos principais da saída de resíduos 32 para o estágio de flotação seguinte ou para a unidade seguinte de operação. As partículas minerais de tal retorno de espuma serão, potencialmente, perdidas, o que desse modo potencialmente diminui a recuperação mineral PCU/BDU combinada total.

[0025] O diâmetro de FRU 40 pode variar dependendo do corpo de minério que é para ser processado de modo a ajudar a garantir que a espuma 43 seja sustentada e descarregada apropriadamente enquanto se reduz o retorno de espuma (que frequentemente ocorre em outras células de flotação).

[0026] Por vezes, a espuma 43 pode ser lavada de acima, ou dentro da espuma, o que normalmente resulta em teor de concentrado mineral aumentado (deslocando-se partículas arrastadas). Entretanto, conforme discutido acima, tal lavagem tende a aumentar retorno de espuma.

[0027] Múltiplos reatores de flotação de estágio são geralmente combinados juntos em série para formar um circuito. A pasta fluida correrá normalmente de célula para célula através da gravidade. Em muitos exemplos, cinco a sete reatores de flotação de estágio serão empregados como um circuito, em que os primeiros resíduos de BDU são alimentados para a segunda entrada de alimentação de PCU, os segundos resíduos de BDU são alimentados para a terceira entrada de alimentação de PCU, etc. Os produtos de espuma resultantes são coletados, e podem ou não ser subsequentemente combinados para processamento adicional.

[0028] Fatores que pode afetar a conveniência dos processos descritos acima, de modo geral, e os custos dos mesmos incluem (i) altura de desnível (distância vertical) entre células para superar quedas de pressão no sistema, (ii) energia consumida, (iii) pegada exigida para instalar as células (que afeta exigências de escavação, concreto, aço de sustentação, serviços, etc.), (iv) retorno de espuma, e (v) capacidade para lavar o produto final.

[0029] Único para o reator de flotação de estágio da presente invenção é a utilização do que o depositante designou “lavagem sob espuma” (observar Figuras 2 e 3, em particular). Em lavagem sob espuma, água de lavagem é injetada sob interface de espuma/pasta fluida 42 em FRU 40 e na própria pasta fluida. A área na pasta fluida onde a água é injetada é denominada zona de lavagem 50. A água de lavagem é injetada por meio de um cano de tubo de distribuição de tubulação 44 no topo de FRU 40 que distribui água através de canos individuais 46. Os canos 46 se estendem através da espuma 43 para os pontos de injeção de água 48 abaixo da interface de espuma/pasta fluida 42 na pasta fluida.

[0030] A água de lavagem dilui a pasta fluida de alimentação abaixo da interface de espuma/pasta fluida 42, que desloca água na pasta fluida de alimentação, que pode ser apanhada pelas bolhas de gás que sobem antes das bolhas de gás adentrarem espuma 43. Visto que a diluição ocorre na pasta fluida logo abaixo da interface de espuma/pasta fluida 42, foi verificado que, surpreendentemente, a incidência de ruptura de bolha e retorno de espuma por conta da adição de água de lavagem tende a ser minimizada. Além disso, foi verificado que a lavagem sob espuma normalmente não interrompe a fase de espuma.

[0031] Lavagem sob espuma também pode ser aplicada ao estágio mais rígido de flotação, em que outros métodos de lavagem de espuma (devido ao retorno) apenas podem, tipicamente, ser aplicados de maneira econômica ao estágio de limpeza final de flotação.

[0032] A realização representada da invenção fornece injetar água sob ou abaixo da interface de espuma/pasta fluida 42 e na pasta fluida como meio de deslocar água que já reside na pasta fluida. Água de lavagem, tipicamente, não é aplicada acima ou dentro da espuma 43 em reator de flotação de estágio 10 conforme não há coleta ocorrendo em BDU 30. Se o retorno de espuma ocorrer devido a ruptura de bolha, os minerais valiosos desalojados em BDU 30 como um resultado de retorno tendem a não ser recuperados. Adicionalmente, a densidade de espuma e a formação de bolha em um reator de flotação de estágio são normalmente maiores e “mais restritas”, que no caso de outras células de flotação. Portanto, sobrelavagem de espuma em reatores de flotação de estágio tende a ser menos eficazes devido a água de lavagem ter dificuldade de penetrar a espuma.

[0033] A área de superfície do reator de flotação de estágio de acordo com a presente invenção, em relação à tonelagem de sólidos recuperados em espuma 43, é tipicamente bem menor que outras células de flotação. Assim, menos água da alimentação é arrastada dentro de espuma 43. Dessa maneira, a água de lavagem para lavagem sob espuma em reatores de flotação de estágio pode não necessitar ser tão “eficiente” quanto sobrelavagem de espuma em outras células (em termos de consumo de água exigido por metro cúbico de água de pasta fluida de alimentação que reporta à espuma). Foi determinado que a taxa de consumo de água de lavagem total para lavagem sob espuma em um reator de flotação de estágio é similar à mesma de sobrelavagem de espuma em outras células de flotação (visto que a quantidade de água de alimentação a ser deslocada em um reator de flotação de estágio é menor que em outras células de flotação).

[0034] A lavagem sob espuma em um reator de flotação de estágio descrita tende a aumentar o teor de concentrado mineral sem sacrificar a recuperação. Isso ser distingue de sistemas de lavagem de espuma convencionais que podem aumentar o teor de concentrado, porém, normalmente, a custo de recuperação. Além disso, a lavagem sob espuma normalmente remove a necessidade de saída de retorno de partícula dentro de BDU 30 e/ou FRU 40.

[0035] Com o conhecimento da invenção no presente documento, aquele de habilidade comum na técnica entenderá que lavagem sob espuma pode ser empregada em uma ampla variedade de diferentes maneiras com o uso de uma variedade de diferentes tubulações ou estruturas, outras além das representadas nas Figuras anexas. Muitas estruturas físicas podem efetívamente liberar água igualmente e abaixar pressão abaixo da interface de espuma/pasta fluida. Em vez do cano de tubo de distribuição de tubulação 44 representado no topo de FRU 40 (representado na Figura 2) os canos de liberação de água de lavagem podem se estender igualmente através das paredes laterais e/ou de fundo de BDU 30 e/ou FRU 40. O número e o tamanho de canos que liberam água podem e serão de variação semelhantes dependendo do pedido em particular e do mineral a ser recuperado. Em cada caso, se prefere, normalmente, aplicar uma injeção de água de lavagem suave e de baixa pressão.

[0036] Em outra realização da invenção (mostrada nas Figuras 3 e 4), as divisões 60 podem ser inseridas entre canos 46 ou pontos de injeção de água 48 para ajudar conter a água de lavagem dentro dos seguimentos particulares da pasta fluida. Tais divisões podem assistir na redução de turbulência e podem ajudar a garantir que cada seguimento seja lavado de maneira eficaz.

[0037] As placas contra turbulência 62 podem opcionalmente ser instaladas abaixo dos pontos de injeção de água 48. As placas contra turbulência 62 podem reduzir adicionalmente turbulência em zona de lavagem 50, que pode ajudar a reduzir retorno de espuma.

[0038] Foi determinado que personalizar a área de superfície ativa no topo de FRU 40 para limitar restritamente a espuma 43 também pode ajudar a reduzir retorno de espuma, potencialmente a um ponto em que o efeito de retorno no processo total é inconsequente. Em unidades de FRU anteriores, placas de aceleração foram empregadas. Placas de aceleração foram entendidas anteriormente a serem exigidas para ajudar a garantir que as partículas do retorno de espuma fossem recuperadas. Através de realizações do método atual, as placas de aceleração podem ser eliminadas alterando-se a área de superfície ativa 66. Para auxiliar na eliminação de placas de aceleração, a área de superfície ativa 66 de FRU 40 é dimensionada para garantir que a capacidade de carregamento da área de superfície ativa (definida como tph/m2) é mantida alta o bastante para que a espuma 43 seja suficientemente “apertada” para manter sustentação de bolha (observar Figura 5). Adicionalmente ao aperto de espuma 43, uma calha 68 pode ser projetada e usada para assistir na minimização de distância de transporte de espuma 43.

[0039] De acordo com uma realização adicional da invenção, a pasta fluida é injetada de modo tangencial em PCU 20 através da entrada de alimentação de pasta fluida 22 na qual é montada uma válvula de guilhotina modificada 64 para controle de nível de pasta fluida. Tanto a alimentação tangencial e a válvula de guilhotina modificada 64 ajudam a encurtar a distância de transporte entre a BDU e a PCU, o que pode aperfeiçoar a eficácia do reator de flotação de estágio. A Figura 6 mostra um esquema para um circuito de reatores de flotação de três estágios.

[0040] Acreditava-se anteriormente que uma entrada tangencial em uma PCU seria inconsequente para a operação do reator de flotação de estágio. Entretanto, se verificou que, surpreendentemente, injetar pasta fluida de alimentação de modo tangencial (observar Figura 7) pode ter certas vantagens.

[0041] Primeira injeção tangencial de pasta fluida de alimentação em PCU 20 ajuda a reduzir pressão traseira na entrada de alimentação de pasta fluida 22. A ação de bombeamento e vórtices criados pelo rotor 28 tendem a criar uma pressão traseira pulsante na entrada de alimentação de pasta fluida 22. Essa pressão traseira pulsante exige uma altura de desnível maior entre células de modo a superar a queda de pressão adicional, que é um resultado indesejado. Alterando-se para uma alimentação tangencial, a pressão traseira pulsante pode ser reduzida.

[0042] Segundamente, foi verificado que injetar alimentação de modo tangencial tende a romper ímpeto circular na pasta fluida, desse modo, ajudando a reduzir a energia exigida para colocar a pasta fluida em movimento.

[0043] Terceiramente, o mesmo ímpeto circular da pasta fluida ajuda adícionalmente a reduzir queda de pressão dentro de reator de flotação de estágio 10. A baixa queda de pressão da entrada tangencial ajuda a permitir a altura de desnível ser reduzida (observar, de modo geral, a Figura 6). Reduzir altura vertical entre células de flotação é vantajoso porque maiores alturas de desnível entre múltiplos reatores de flotação de estágio tendem a exigir mais infraestrutura para sustentar e/ou alojar. Além disso, maiores custos de energia também são prováveis de resultar de maiores exigências de bombeamento.

[0044] Uma quarta vantagem de injeção de alimentação tangencial é que a mesma permite recipientes de PCU 20 e BDU 30 serem posicionadas próximas uma da outra, conforme mostrado na Figura 7, o que pode reduzir pegadas e exigências de infraestrutura relacionadas das mesmas. Colocar a PCU e a BDU próximas uma da outra também tende a reduzir coalescência de bolhas.

[0045] Na realização da invenção em que a válvula de guilhotina modificada 64 é instalada entre PCU 20 e BDU 30, a válvula serve para centralizar o fluxo de pasta fluida através do centro da válvula e usa uma placa deslizante secundária para controlar o volume de fluxo através do orifício da válvula. Foi verificado que o uso de uma entrada de alimentação tangencial fornece bastante espaço para habilitar o uso de válvula de guilhotina modificada 64, enquanto mantem células de flotação adjacentes em proximidade umas com as outras, desse modo, ajudando a minimizar pegada.

[0046] Mantendo-se a lateral de alimentação do recipiente de BDU próxima ao recipiente de BDU anterior, o tubo de transferência na lateral oposta da BDU também pode ser mais curto, porque a BDU subsequente pode ser movida mais próxima à PCU. Essencialmente, a porta de alimentação tangencial e a válvula de guilhotina 64 permitem a PCU se colocar no vácuo criado por duas BDUs adjacentes. Esse recurso não é apenas vantajoso de uma perspectiva de redução de pegada (que pode resultar em redução de capital), porém, também é vantajoso a partir de uma perspectiva de processo. Mantendo-se os recipientes próximos uns do outro, coalescência de bolhas é reduzida dentro da tubulação. Quando coalescência de bolhas ocorre, tipicamente se resulta em ruptura de bolha e as partículas desejadas que foram fixadas às bolhas se perdem nos resíduos. Se a taxa de fluxo tiver que ser aumentada para superar coalescência, a queda de pressão vai tender a aumentar, crescendo a altura de desnível e ocasionando dificuldades associadas e aumentando o consumo de energia. O uso de uma porta de alimentação tangencial e uma válvula de guilhotina 64 ajuda a permitir coalescência de bolhas sem que se aumente as taxas de fluxo.

[0047] Conforme observado na Figura 6, alimentação tangencial adentra PCU 20 próximo ou no fundo do recipiente. Isso tende a reduzir pulsação de pressão traseira e rompe um ímpeto centrífugo para a pasta fluida no fundo de PCU 20 e reduz a perda de pressão de ingresso. A redução combinada em perda de pressão contribui para um rebaixamento da altura de desnível subsequente exigida entre células. O movimento circular continua no centro da célula (realçado pelo agitador 26) e carrega parcialmente o ímpeto ao topo de PCU 20 onde está o tanque, seja de maneira perpendicular ou tangencial da parede de PCU 20 (de maneira tangencial sendo, normalmente, preferida). Através de direcionar a alimentação tangencial na direção transmitida à pasta fluida pelo agitador 26, a quantidade de energia absorvida através do ingresso é minimizada. Isso permite o agitador 26 usar menos energia para colocar a pasta fluida em movimento. A energia transmitida pelo agitador 26 é, então, disponível para cisalhamento de bolha e coleta de partícula.

[0048] Aqueles versados na técnica irão observar que teor de concentrado mais rígido aumentado tenderá a reduzir o tamanho de qualquer a jusante afiado, bem como reduz o tamanho de canos, bombas e equipamento de flotação a jusante exigidos. Adicionalmente, teor de concentrado mais rígido e aumentado fornece uma alimentação de teor maior aos circuitos de limpeza subsequentes, que tornam mais fáceis para o circuito de limpeza alcançar as metas de desempenho metalúrgico.

[0049] Ademais, se conhece que células de flotação convencionais na indústria operam rotores com velocidades de ponta de aproximadamente 5 m/s, ou mais. Através da utilização da estrutura descrita acima, se constatou que velocidade de ponta de rotor em PCU 20 de aproximadamente 3,2 m/s a 4,8 m/s são alcançáveis enquanto permanecem dentro dos parâmetros de operação totais aceitáveis. A capacidade para operar a essas velocidades de ponta mais baixas para flotação de espuma em um ambiente de produção pode ajudar a diminuir exigências de energia em circuitos de flotação de espuma.

[0050] A velocidade de ponta de rotor mais baixa pode ser alcançada limitando-se o diâmetro de PCU 20 ao ponto de manter velocidade a montante suficiente que, quando combinada com a turbulência do rotor 26, tende a sustentar as partículas minerais (que podem tipicamente variar de 300 mícrons até menos que 10 mícrons) embora não comprometa tempo de permanência extremo exigido ao longo da lâmina de rotor. O reator de flotação de estágio 10 da presente invenção permite unicamente tais velocidades de rotor a serem alcançadas.

[0051] Deve ser entendido que o que foi descrito são as realizações preferenciais da invenção. O escopo das reivindicações não deve ser limitado pelas realizações preferenciais apresentadas acima, porém, dever ser dada a interpretação mais ampla consistente com a descrição em sua totalidade.

Referências (OS CONTEÚDOS DAS QUAIS ESTÃO INCORPORADOS NO PRESENTE DOCUMENTO A TÍTULO DE REFERÊNCIA) [0052] WO 2011/094842; Dobby, G.S. e Kosick, G.A., 2011.

[0053] Falutsu, M., Dobby, G.S., 1989. Direct measurement of froth dropback, and collection zone recovery in a laboratory flotation column.

[0054] Minerais Engineering 2 (3), 377 a 386.

[0055] Finch, J. A. e Dobby, G.S. "Column Flotation," Pergamon Press, Londres, ISBN 0-08-040186-4.(1990).

Reivindicações

Claims (17)

1. MÉTODO PARA MINIMIZAR RETORNO DE ESPUMA EM UMA CÉLULA DE FLOTAÇÃO que passa por flotação em espuma, em que a célula de flotação inclui uma fase de pasta fluida, uma fase de espuma e uma interface de espuma/pasta fluida, sendo que o método é caracterizado pelo fato de que compreende injetar água na célula de flotação em uma posição abaixo da interface de espuma/pasta fluida.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que água é injetada na célula de flotação através do uso de um tubo coletor de tubulação posicionado acima da célula de flotação, sendo que o dito tubo coletor de tubulação tem uma pluralidade de tubos que se estendem a partir do mesmo na fase de espuma, sendo que os ditos tubos liberam água a uma posição abaixo da interface de espuma/pasta fluida.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que inclui localizar divisões dentro da fase de espuma na célula de flotação, sendo que as ditas divisões são orientadas, em geral, de modo paralelo ao eixo geométrico longitudinal da célula de flotação e compartimentam a fase de espuma, sendo que as ditas divisões formam compartimentos que se estendem de cima da fase de espuma para baixo da interface de espuma/pasta fluida, em que a dita água injetada abaixo da interface de espuma/pasta fluida está dentro de cada respectivo compartimento.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que inclui o posicionamento de placas contra turbulência dentro da célula de flotação em uma posição abaixo da posição em que a água é injetada, sendo que as ditas placas contra turbulência auxiliam na redução de turbulência na pasta fluida enquanto a dita pasta fluida passa por flotação em espuma.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os ditos tubos descarregam água na célula de flotação paralelamente ao eixo geométrico longitudinal da célula de flotação.

6. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os ditos tubos descarregam água na célula de flotação perpendicularmente ao eixo geométrico longitudinal da célula de flotação.

7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que os ditos tubos descarregam água na célula de flotação a um ângulo inclinado ao eixo geométrico longitudinal da célula de flotação.

8. APARELHO PARA AUXILIAR NA MINIMIZAÇÃO DE RETORNO DE ESPUMA EM UMA CÉLULA DE FLOTAÇÃO que passa por flotação em espuma, sendo que a célula de flotação contém uma pasta fluida reagente à qual ar foi adicionado para criar uma espuma, em que a transição entre a pasta fluida e a espuma forma uma interface de espuma/pasta fluida, sendo que o aparelho é caracterizado pelo fato de que compreende uma pluralidade de tubos que se estendem na célula de flotação e que terminam na pasta fluida abaixo da interface de espuma/pasta fluida, sendo que os ditos tubos liberam água para a pasta fluida abaixo da interface de espuma/pasta fluida.

9. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que os ditos tubos são conectados de maneira fluída a um tubo coletor, sendo que o dito tubo coletor direciona água para cada um dos ditos tubos.

10. APARELHO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que o dito tubo coletor é posicionado acima da célula de flotação e os ditos tubos se estendem a partir do dito tubo coletor na célula de flotação para uma posição abaixo da interface de espuma/pasta fluida.

11. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a dita célula de flotação inclui adicionalmente placas contra turbulência posicionadas abaixo do local onde a água é injetada, sendo que as ditas placas contra turbulência auxiliam na ajuda para reduzir turbulência dentro da pasta fluida.

12. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a célula de flotação inclui uma pluralidade de divisões posicionadas, em geral, de modo paralelo ao eixo geométrico longitudinal da célula de flotação, sendo que as ditas divisões formam compartimentos que se estendem de acima da fase de espuma para abaixo da interface de espuma/pasta fluida quando a célula de flotação passa por flotação em espuma, sendo que os tubos injetam água abaixo da interface de espuma/pasta fluida dentro de cada compartimento.

13. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a dita célula de flotação é uma célula de flotação de coluna.

14. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a dita célula de flotação é uma célula de flotação de contato.

15. APARELHO, de acordo com a reivindicação 8, caracterizado pelo fato de que a dita célula de flotação é uma célula de flotação de tanque.

16. PLURALIDADE DE CÉLULAS DE FLOTAÇÃO para realizar flotação em espuma sucessiva em uma pasta fluida reagente, sendo que cada célula de flotação é caracterizada pelo fato de que inclui uma unidade de coleta de partícula e uma unidade de retirada de bolhas, em que as células de flotação incluem uma entrada de alimentação de pasta fluida e uma saída de resíduos e são posicionadas de modo adjacente uma em relação a outra com células de flotação adjacentes conectadas de maneira fluída em série, de modo que a saída de resíduos de uma célula de flotação a montante esteja em comunicação fluida com a entrada de alimentação de pasta fluida de uma célula de flotação a jusante imediatamente adjacente, sendo que as ditas saídas de resíduos e as ditas entradas de alimentação de pasta fluida são orientadas de modo tangencial em relação às respectivas células de flotação, desse modo, permitindo que as unidades de coleta de partícula e as unidades de retirada de bolhas de células de flotação adjacentes sejam fisicamente posicionadas em proximidade de uma maneira que auxilie na minimização de espaço entre as ditas unidades de coleta de partícula e de retirada de bolhas para reduzir a área total exigida para alojar as ditas células de flotação e para ajudar a reduzir coalescência de bolhas dentro de células de flotação adjacentes de união de tubulação.

17. DISPOSITIVO, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que inclui uma válvula de guilhotina modificada posicionada entre as ditas unidades de coleta de partícula e unidades de retirada de bolhas unidas, sendo que a dita válvula de guilhotina modificada serve para ajudar a centralizar o fluxo de fluido através do centro da válvula, para controlar o volume de fluxo através do orifício da válvula e para minimizar exigências de tubulação de modo a ajudar a manter recipientes de flotação adjacentes em proximidade uns com os outros, desse modo, ajudando a minimizar o espaço total exigido para alojar as ditas células de flotação e a reduzir coalescência de bolhas dentro de células de flotação adjacentes de união de tubulação.