BRPI0711925A2 - aparelho para determinar as propriedades de fratura de material particulado - Google Patents

Abstract

APARELHO PARA DETERMINAR AS PROPRIEDADES DE FRATURA DE MATERIAL PARTICULADO. Um aparelho para determinar as propriedades de fratura de um material particulado, o aparelho incluindo: um suporte; um rotor montado em relação ao suporte e incluindo ao menos um canal de guia através do qual uma partícula do material particulado é guiada em uso, o canal de guia tendo uma entrada e uma saída; um acionamento associado ao rotor; um canal de alimentação para alimentar as partículas ao material particulado para a entrada do canal de guia; um estator associado ao rotor e incluindo uma superfície de impacto que é radialmente espaçada de uma borda circunferencial do rotor; e um coletor para coletar pedaços do material particulado após impacto; em que o aparelho é provido com um sistema de controle para controle exato e ajuste da velocidade de impacto do material particulado com a superfície de impacto.

Description

APARELHO PARA DETERMINAR AS PROPRIEDADES DE FRATURA DE MATERIAL PARTICULADO

CAMPO DA INVENÇÃO

Esta invenção se refere a um aparelho para determinar as propriedades de fratura de um material particulado. Esta invenção também se estende a um método para determinar as propriedades de fratura de um material particulado. Adicionalmente, a invenção se estende a um método para determinar a probabilidade de fratura de um material particulado.

Esta invenção se refere particularmente, mas não exclusivamente a aparelho para determinar rápida e eficientemente as características ou propriedades de fratura de partículas de teste de um material, por exemplo, partículas de carvão e de minério, tanto em um cenário de laboratório como também em uma instalação de processamento mineral em escala total. Portanto, será conveniente em seguida descrever a invenção com referência a essa aplicação exemplar. Contudo, deve ser claramente entendido que a invenção é capaz de aplicação mais ampla. A mesma não deve ser limitada às aplicações de processamento mineral.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Geralmente, corpos minerais são detonados com explosivos para fraturar em pedaços a rocha hospedeira e permitir que os pedaços de rocha fraturados sejam removidos do corpo da rocha. Arrebentar com explosivos desmontará o corpo da rocha de uma forma mais propriamente bruta. Os pedaços fraturados de rocha terão geralmente uma distribuição de tamanho grande com alguns pedaços grandes de rocha e também alguns pedaços pequenos de rocha. Embora isso possibilite que os pedaços de rocha sejam fisicamente removidos do corpo hospedeiro da rocha, trabalho adicional precisa ser feito para se reduzir o tamanho dos pedaços de rocha antes deles serem enviados para uma instalação de beneficiamento para a recuperação das partículas de valor a partir das partículas de refugo ou de ganga.

A redução geral no tamanho das partículas após despedaçamento é conhecida como trituração e é realizada em trituradores e moinhos. Conforme discutido acima, o tamanho das partículas de rocha precisa ser reduzido para o processo de beneficiamento subseqüente. Especificamente, o número de partículas grandes a partir da etapa de despedaçamento deve ser reduzido a um nível o mais baixo possível para liberar o mineral valioso no processo de beneficiamento. Também é desejável espreitar a distribuição de tamanho das partículas que são alimentadas no processo de beneficiamento, outra vez para liberação de mineral valioso no processo de beneficiamento subseqüente.

A trituração de partículas para efetuar uma redução no tamanho de partículas é realizada em trituradores e moinhos. Os moinhos podem compreender moinhos de esfera ou moinhos de haste assim como moinhos de trituração semi- autógena (SAG) e moinhos de trituração autógena (AG).

Como uma proposição geral, moinhos na indústria de processamento mineral operam com um baixo nível de eficiência. Por isso se quer dizer a conversão de energia de entrada, por exemplo, energia elétrica em energia que efetivamente fratura as partículas é muito baixa.

Freqüentemente os moinhos são operados de forma grosseira com base em um entendimento do operador do moinho e existe muito pouca ciência na operação da instalação. Adicionalmente, as regulagens do moinho durante operação do moinho freqüentemente não são ajustadas dependendo das características das partículas sendo processadas pelo moinho em qualquer tempo.

Contudo, é reconhecido que as propriedades de fratura de partículas, para diferentes corpos de minério, e tipos de rocha, podem variar muito. A caracterização da fratura de partículas precisa ser mais bem entendida e determinada. Essa caracterização de fratura de partículas pode ser então usada para se obter maior eficiência na fratura das partículas em um moinho.

Claramente, portanto, seria vantajoso se a operação do moinho pudesse ser finamente sintonizada durante operação para considerar essas diferenças em propriedades de fratura das partículas. Isso então ampliaria a possibilidade de utilização mais eficiente dos moinhos com uma taxa aperfeiçoada de conversão de energia de entrada em fratura de partículas dentro do moinho.

O requerente desenvolveu um teste do estado da técnica para caracterizar a fratura de partículas que se baseia em uma determinada energia de impacto.

Esse teste é conhecido como o teste de queda livre de peso e é realizado em equipamento em escala de laboratório em um laboratório para prover algum critério em relação à fratura de partículas quando submetidas a uma força de impacto.

Tipicamente um operador de mina envia um minério através de um aparelho de teste que então conduz o teste de queda livre de peso sobre a amostra de minério por um número de diferentes frações de tamanho. Os resultados do teste mostram uma distribuição de tamanho de partículas fraturadas para cada uma das frações de tamanho testadas para certo impacto ou energia de colisão.

Os resultados do teste possibilitam a um usuário caracterizar seus minérios para o projeto de um moinho. Isso pode ser usado como uma entrada na modelagem de um processo de moagem, ou para auxiliar na otimização de um determinado moinho ou para fazer mudanças nas regulagens do moinho.

Esse aparelho, um exemplo do qual é ilustrado na Figura 1, compreende uma armação vertical 2 se estendendo para cima a partir de uma base sólida 3. Um peso de impacto 4 é guiado por intermédio de trilhos de guia entre uma posição superior acima da base e uma posição inferior na qual ele colide com uma partícula 5 que está colocada na base.

Em uso, uma partícula a ser testada é colocada na base embaixo do peso. O peso é levantado até certa altura e então liberado permitindo que ele caia sob a influência da gravidade. Na parte inferior do guia o peso colide com a partícula de teste causando a fratura da mesma. As partículas fraturadas são então recuperadas e a distribuição de tamanho das mesmas pode ser analisada.

A energia de impacto que é aplicada às partículas pode ser variada. Por exemplo, o peso que é colocado na armação pode ser variado. Adicionalmente a altura a partir da qual o peso é deixado cair pode ser variada. Isso permite que as propriedades de fratura de uma determinação fração de partículas sejam estudadas para colisões com diferentes energias de entrada ou forças de impacto.

0 teste descrito acima pode ser repetido para um número de partículas de teste a partir da mesma fração proporcionando informação sobre como a partícula é fraturada quando submetida a tal energia de impacto. É importante que uma amostra suficientemente grande de partículas seja testada para proporcionar validade estatística para a caracterização de fratura de partícula.

Obviamente, quanto maior o número de partículas que são testadas melhor a validade estatística dos resultados.

Por um número de amostras da fração de mesmo tamanho os resultados tenderão a mostrar como uma partícula será fraturada para uma determinada energia de impacto. Por exemplo, a partícula pode fraturar em relativamente poucas partículas de aproximadamente o mesmo tamanho. Alternativamente, ela pode fraturar em muitas partículas pequenas e em umas poucas partículas grandes.

Um aparelho exemplar adicional para testar propriedades de fratura de partícula é mostrado na Figura 2.

Basicamente, o aparelho compreende uma armação 6 montada em uma base 7 e se estendendo para cima a partir da mesma. Um pêndulo de rechaço 8 com um bloco em direção à sua extremidade inferior é montado centralmente abaixo da armação em uma posição fixa e não se move. Uma partícula de rocha 9 a ser testada é montada em uma posição fixa no pêndulo de rechaço.

Um pêndulo de impacto de vaivém também é montado a partir da armação e balança como um pêndulo abaixo da armação. O pêndulo de impacto é dimensionado e posicionado para colidir com o pêndulo de rechaço, e especificamente a partícula de teste montada no pêndulo de rechaço. Uma caixa de coleta para coletar as partículas fraturadas a partir da partícula de teste é posicionada abaixo do pêndulo de rechaço.

Em uso, uma partícula de rocha a ser testada é posicionada sobre uma face de impacto do pêndulo de rechaço. Um pêndulo de impacto e peso determinado é levantado até uma altura definida e então liberado de modo que ele gira para baixo e então colide com o pêndulo de rechaço. A rocha de amostra na superfície de colisão do pêndulo de rechaço é atingida pelo pêndulo de impacto. Essa colisão causa a fratura da partícula. As partículas fraturadas caem dentro da caixa de coleta de onde elas podem ser coletadas e analisadas. Tipicamente a distribuição de tamanho de partícula das partículas fraturadas é determinada utilizando peneiras de classificação.

Os aparelhos descritos acima com referência às Figuras 1 e 2 têm algumas limitações.

Uma primeira limitação principal é que os testes são conduzidos manualmente. Para cada teste envolvendo colisão com uma partícula, a partícula precisa ser colocada sobre o suporte manualmente e o peso precisa ser levantado e deixado cair. As partículas fraturadas então precisam ser manualmente recuperadas e colocadas em um recipiente de amostra para análise adicional. A distribuição do tamanho de partícula precisa ser determinada manualmente utilizando um aparelho de classificação de tamanho. O processo não é absolutamente automatizado e realizar os testes é muito demorado. Geralmente, os testes são realizados por um técnico de laboratório e o custo do trabalho isoladamente de realizar os testes é substancial.

Além disso, será facilmente evidente para aqueles versados na técnica que muitos testes precisam ser conduzidos para cada fração de tamanho de partícula para conferir certa validade estatística aos resultados. Geralmente, de 10 a 30 partículas de cada fração de tamanho precisam ser submetidas ao mesmo teste e os resultados desses testes analisados coletivamente. Contudo, se apenas 10 a 30 amostras de cada tamanho de partícula forem testados o tamanho de amostra é subótimo. Isso afeta a validade estatística dos resultados e a conseqüente exatidão dos resultados. Do ponto de vista estatístico seria vantajoso se um número de partículas substancialmente maior pudesse ser testado para cada fração de tamanho, por exemplo, testando uma amostra de 40 a 100 partículas por fração de tamanho, ou 50 a 70 partículas.

Uma limitação adicional do teste de queda livre de peso descrito acima é que o menor tamanho de partícula que pode ser realisticamente e praticamente testado pelo aparelho é de 10 mm de diâmetro. É muito difícil e demorado tentar e montar uma partícula que seja menor do que isso no pêndulo de rechaço. 0 problema com isso é que uma percentagem dimensionável das partículas que são alimentadas no moinho em uma instalação de operação é inferior a 10 mm de diâmetro. Desse modo, procedimentos de teste existentes não testam as partículas inferiores a 10 mm e não proporcionam qualquer critério em suas características de fratura. Subentende-se que os resultados de teste supõem que essas partículas são fraturadas da mesma forma como as partículas que são maiores do que 10 mm. Contudo, experimentos conduzidos pelo requerente sugerem que essa suposição não é válida e as partículas que são inferiores a 10 mm freqüentemente quebram diferentemente do que as partículas maiores.

O aparelho de teste de queda livre de peso tem uma limitação adicional que será descrita abaixo. As investigações do requerente em relação aos modos de fratura de partícula dentro de um moinho mostram que existem dois tipos de fratura dentro do moinho. Primeiramente, há impactos de elevada energia. Em segundo lugar, há fratura devido a impactos repetidos de pouca energia. Pesquisa recente sobre o padrão de distribuição de energia de impacto na operação de um moinho autógeno mostrou que impactos de pouca energia ocorrem com uma freqüência muito superior a dos impactos de grande energia.

Conseqüentemente, seria extremamente vantajoso se um aparelho de teste de fratura de partícula fosse capaz de caracterizar a fratura de partícula devido aos impactos repetidos de pouca energia.

Quando o aparelho de teste de queda livre de peso é utilizado para testes partículas utilizando impactos em níveis de energia específicos muito baixos, algumas partículas exigirão tantos quantos 100 impactos repetidos antes delas eventualmente serem fraturadas. Esse procedimento é muito demorado e requer muito trabalho para se quantificar com o aparelho de teste de queda livre de peso. Como uma conciliação, um número reduzido de partículas poderia concebivelmente ser usado pra o teste de fratura incrementai. Contudo, o número reduzido de partículas de teste afetará a validade estatística dos resultados de teste.

Claramente, portanto, seria vantajoso se um aparelho para testar as características de fratura de um material particulado pudesse ser concebido que minorasse ao menos algumas dessas desvantagens.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

De acordo com um aspecto dessa invenção é provido um aparelho para determinar as propriedades de fratura de um material particulado, o aparelho incluindo:

um suporte;

um rotor montado em relação ao suporte e incluindo ao menos um canal de guia através do qual uma partícula do material particulado é guiada em uso, o canal de guia tendo uma entrada e uma saída;

um acionamento associado com o rotor;

um canal de alimentação para alimentar as partículas do material particulado para a entrada do canal de guia;

um estator associado ao rotor e incluindo uma superfície de impacto que é radialmente espaçada a partir de uma borda circunferencial do rotor; e

um coletor para coletar pedaços do material particulado após o impacto;

em que o aparelho é provido com um sistema de controle para controle preciso e ajuste da velocidade de impacto do material particulado com a superfície de impacto. O suporte pode assumir qualquer forma adequada. Preferivelmente, o suporte compreende uma base para montar ou posicionar o aparelho sobre uma superfície de suporte, tal como o piso, e uma armação se estendendo para cima a partir da base. A armação pode ter membros verticais se estendendo para cima a partir da base em ao menos dois lados opostos da base.

O rotor também pode assumir qualquer forma adequada. Preferivelmente o rotor compreende um corpo achatado, substancialmente circular tendo duas superfícies principais. Preferivelmente, o rotor é orientado com suas superfícies principais se estendendo em um plano substancialmente horizontal e o rotor gira em torno de um eixo substancialmente vertical.

O rotor inclui ao menos um canal de guia. Se o rotor é uma massa sólida, plana, o canal de guia é definido preferivelmente por um canal que se estende radialmente dentro da massa sólida a partir de uma posição substancialmente central até a borda circunferencial do rotor. Nesse caso, a extremidade distai do canal define a saída do canal de guia. A entrada do canal de guia pode ser formada por uma abertura em uma das superfícies principais do rotor, a abertura sendo associada com o canal. O, ou cada, canal guia as partículas ao longo de um percurso linear em uma direção radialmente no sentido para fora quando as partículas estão sob a influência da força centrífuga causada pela rotação do rotor.

Em uma modalidade preferida, o rotor inclui uma pluralidade de canais e guia, por exemplo, uma pluralidade de canais se estendendo dentro da massa sólida do rotor a partir de uma posição central comum até a borda circunferencial do rotor. O rotor pode definir, por exemplo, de 2 a 6 canais, preferivelmente 3-5 canais, mais preferivelmente 4 canais. Preferivelmente os canais são espaçados circunferencialmente entre si, mais preferivelmente espaçados eqüidistantemente, circunferencialmente, entre si.

Em uma forma o rotor inclui 4 canais que têm uma entrada comum posicionada no centro do rotor e que se estendem substancialmente de forma perpendicular uns aos outros. Cada canal se estende linearmente a partir do centro do rotor até uma saída posicionada na borda circunferencial do rotor.

Como observado acima, o rotor pode ser formado de um bloco de material, por exemplo, aço e os canais podem ser usinados no bloco. Os canais também podem ser formados por seções de tubo ou conduto montado no rotor e se irradiando para fora do seu centro.

Os canais têm pref erivelmente ao menos 20 mm de diâmetro, e podem ter aproximadamente 30 mm de diâmetro. O requerente descobriu que os canais desse tamanho funcionam bem e não sofrem de bloqueio, embora outros tamanhos possam ser usados. Especificamente, também foi descoberto que canais de até aproximadamente 70 mm ou mais podem ser úteis para partículas maiores.

O acionamento pode incluir qualquer meio adequado para fornecer acionamento rotacional ao rotor. Em uma modalidade, o acionamento inclui um motor elétrico e uma transmissão de acionamento que é acoplada ao motor e ao rotor para transmitir acionamento a partir do motor para o rotor. A transmissão de acionamento pode incluir ainda um acionamento de correia, por exemplo, com polias de acionamento acopladas ao motor e ao rotor para transferir acionamento a partir de uma caixa de engrenagens para o rotor.

0 rotor pode finalmente ser montado no suporte. Um mancai pode ser interposto entre uma formação superior associada com o rotor e uma formação inferior associada com o suporte. Vantajosamente, isso sustenta o rotor em sua posição vertical enquanto permitindo que ele gire.

O sistema de controle pode assumir qualquer forma adequada. Consideravelmente, o sistema de controle deve ser capaz de controlar de forma exata e ajustável a velocidade de impacto do material particulado com a superfície de impacto. Como será discutido em mais detalhe abaixo, isso é distinguido do controle da velocidade circunferencial do rotor na pressuposição de que o impacto pode ser calculado a partir daí pela teoria. Preferivelmente, o sistema de controle controla a velocidade de impacto do material particulado dentro de uma diferença relativa de menos do que 2%, preferivelmente independente do tipo de minério, tamanho de partícula e formato de partícula.

Como será considerado em detalhe abaixo, o sistema de controle inclui preferivelmente uma unidade de processamento para receber uma entrada da velocidade circunferencial do rotor e correlacionando a mesma com a velocidade de impacto efetiva de uma partícula emitida a partir do canal de guia do rotor.

O controle da velocidade de impacto pode ser obtido mediante qualquer meio adequado. Preferivelmente, o sistema de controle, através do acionamento, inclui meio para controlar a velocidade circunferencial ou rotacional do rotor, mais preferivelmente com um elevado grau de precisão. Será considerado que a velocidade do rotor determina a quantidade de energia transmitida à partícula.

O sistema de controle também provê preferivelmente um meio para ajustar, preferivelmente ajustar de forma precisa, a velocidade rotacional do rotor. Isso pode ser conseguido mediante ajuste da quantidade de corrente fornecida à bobina do motor, por exemplo, através de um inversor de freqüência variável, quando o acionamento é um motor elétrico. Isso permite que o rotor seja ajustado em diferentes velocidades correspondendo aos diferentes níveis de energia que podem ser transmitidos às partículas de teste do material particulado em uso.

Quando incluído, o inversor de freqüência variável permite que o nível de corrente sendo fornecida ao motor sendo aumentado fazendo com que o rotor acelere. Ele também permite que a corrente para o motor seja reduzida o que terá o efeito oposto. Alternativamente, um potenciômetro pode ser usado para girar o rotor em diferentes velocidades com um elevado grau de exatidão.

Uma característica importante do aparelho é a inclusão de um sistema de controle, geralmente para gerenciar o acionamento, para fazer com que o rotor gire em uma velocidade muito precisa e para poder correlacionar essa velocidade com a velocidade de impacto efetiva do material particulado de forma exata. Isso então permite que a quantidade de energia cinética transmitida às partículas sucessivas sendo submetidas ao mesmo teste seja substancialmente idêntica, preferivelmente exatamente idêntica, para que os resultados tenham validade e beneficio. A energia cinética das partículas quando elas colidem com a superfície de impacto tem um efeito sobre como elas são fraturadas. Dito de outra forma, as propriedades de fratura de um material particulado são funcionalmente dependentes da energia de impacto.

O sistema de controle também pode incluir meio para medir a velocidade de rotação do rotor. Por exemplo, isso pode incluir um tacômetro ótico ou mecânico. Conforme mencionado acima, é útil se o sistema de controle medir a velocidade do rotor de forma exata porque a velocidade de entrada determina a energia de entrada transmitida à partícula sendo testada.

O tacômetro para medir com exatidão a velocidade do rotor pode ser importante uma vez que gradualmente a capacidade do inversor em controlar de forma exata a velocidade do rotor pode diminuir. Em tal caso o tacômetro provê informação exata ao sistema de controle sobre a velocidade efetiva do rotor.

Um canal de alimentação pode assumir qualquer forma adequada, mas preferivelmente inclui um canal de alimentação tendo uma entrada e uma saída oposta através da qual as partículas a serem testadas podem passar, geralmente em seqüência e em turnos. Desse modo, uma característica preferida do canal de alimentação é que as partículas a serem testadas passem através do mesmo, uma de cada vez, e desse modo são alimentadas ao rotor uma de cada vez.

O canal de alimentação pode ser estender substancialmente de forma vertical com sua entrada na extremidade superior e a extremidade de saída na extremidade inferior. A saída é posicionada preferivelmente acima de uma entrada comum para os canais de guia do rotor, por exemplo, a saída pode ser espaçada a uma curta distância acima da entrada para os canais de guia substancialmente no centro do rotor.

O canal de alimentação pode ter uma entrada alargada, por exemplo, lembrando um funil, para facilitar alimentação de partículas através da entrada. Adicionalmente, o canal de alimentação pode ser montado na armação se estendendo para cima a partir da base.

O canal de alimentação pode ser associado a um dispositivo de armazenamento de partículas, por exemplo, uma tremonha de armazenamento que é posicionada acima da entrada para o canal de alimentação, contendo um fornecimento de partículas a serem testadas.

Preferivelmente o dispositivo de armazenamento de partículas, por exemplo, a tremonha, tem uma saída que é dimensionada para limitar o fluxo de partidas através da saída.

O canal de alimentação pode ser adicionalmente associado com um dispositivo de transporte intermediário para transportar as partículas a partir da saída da tremonha até a entrada do canal de alimentação. O dispositivo de transporte intermediário pode ser um alimentador vibratório, por exemplo, uma correia transportadora vibratória.

0 dispositivo de transporte intermediário pode alimentar as partículas uma de cada vez a partir da saída da tremonha para dentro da entrada do canal de alimentação. O dispositivo de transporte efetivamente sacode as partículas para fora da tremonha, ao longo de uma correia transportadora e para dentro do canal de alimentação.

O estator definindo a superfície de impacto pode compreender um corpo, por exemplo, um corpo fixo na forma de uma bigorna, que se estende circunferencialmente em torno do rotor e que é espaçado no sentido para fora a partir da sua borda circunferencial. O rotor e o estator são preferivelmente montados na armação do suporte. Desse modo, o estator pode completamente circundar o rotor e estar substancialmente na mesma altura que o rotor.

Em uma forma, a superfície de impacto é configurada de tal modo que as partículas descarregadas a partir dos canais de guia do rotor atingem a mesma em um ângulo de 90 graus a 100 graus, por exemplo, de 80 graus a 98 graus, por exemplo, em um ângulo de impacto substancialmente perpendicular.

Em uso, as partículas alimentadas ao aparelho são ejetadas a partir do canal (ais) de guia e colidem com a superfície de impacto do estator em um ângulo que é de aproximadamente 90 graus em relação à superfície.

Conseqüentemente, a maior parte da energia cinética da partícula atingindo a superfície de impacto é direcionada para fratura da partícula. Se a partícula resvala a partir da superfície de impacto em um ângulo, parte da energia é retida pela partícula como energia cinética, e não é direcionada para fratura da partícula.

A superfície de impacto pode incluir uma pluralidade de segmentos de superfície discretos arranjados escalonadamente em relação uns aos outros se estendendo em torno da superfície de impacto. Se assim for, vantajosamente cada um desses segmentos receberá partículas sendo descarregadas do rotor substancialmente em 90 graus.

Adicionalmente, cada um dos segmentos de superfície pode ser ligeiramente curvo. Outra vez, a curva nos segmentos de superfície da superfície de impacto pode ser projetada de modo que as partículas emitidas a partir do rotor atingem a superfície de impacto em aproximadamente 90 graus. A superfície de impacto com esses segmentos discretos pode ter coletivamente uma configuração de dentes de serra quando vista em vista plana. Em outra forma a superfície de impacto pode ser configurada de tal modo que as partículas descarregadas a partir dos canais de guia do rotor atingem com um impacto de resvalamento, por exemplo, de 20 graus a 70 graus, por exemplo, de 30 graus a 60 graus em relação à superfície de impacto. Isso testa a fratura das partículas quando expostas às forças do tipo cisalhamento.

Outra opção seria usar a mesma superfície de impacto que aquela descrita acima para o impacto substancialmente perpendicular, isto é, a superfície de impacto no formato de dente de serra, e variar a velocidade do rotor de tal modo que as partículas expelidas a partir do rotor atingem a superfície de impacto em níveis inferiores de energia para testar a fratura incrementai das partículas.

É vantajoso se o aparelho efetivamente imitar os diferentes mecanismos de fratura das partículas dentro de um moinho. Alguma da fratura se deve ao impacto direto.

Contudo, outra fratura se deve aos impactos do tipo cisalhamento onde a partícula atinge outra partícula ou uma esfera ou o revestimento do moinho com um choque de resvalamento. Os testes de resvalamento descritos acima permitem que as características de fratura dos impactos do tipo cisalhamento sejam determinadas. 0 requerente tem conhecimento de que diferentes partículas podem mostrar comportamento acentuadamente diferente para impacto direto e para impacto de cisalhamento.

Para garantir que o estator seja facilmente acessível pra limpeza, desse modo reduzindo vantajosamente os efeitos de contaminação cruzada e perda de amostra entre testes, o estator preferivelmente é facilmente acessível. Por exemplo, em uma modalidade o estator é incluído em uma tampa adaptada para encerrar o rotor. Preferivelmente, a tampa é mecanizada.

0 estator, o qual pode assumir a forma de um corpo de bigorna, pode incluir um revestimento proporcionando uma superfície de desgaste que admite o desgaste resultante do impacto das partículas descarregadas a partir do rotor. O invólucro pode compreender uma pluralidade de chapas de desgaste removíveis que podem ser fixadas removivelmente no estator e as quais podem ser removidas e substituídas por chapas de desgaste novas como e quando exigido. As chapas de desgaste podem ser feitas de aço ou outro material adequado. Preferivelmente as chapas de desgaste são feitas de aço reforçado mediante um tratamento a calor.

0 aparelho pode incluir adicionalmente um alojamento dentro do qual o rotor e o estator estão alojados. O alojamento pode ser vedado de modo que a pressão do ar dentro do alojamento pode ser reduzida a abaixo da pressão atmosférica. Isso permite que um vácuo seja aplicado ao espaço anular entre o rotor e a superfície de impacto do estator durante testes.

Mediante teste de fratura de partícula em um vácuo a influência de arrasto e resistência ao ar em pequenas partículas pode ser reduzida ou até mesmo removida. Isso permite que resultados de teste mais exatos sejam obtidos para partículas pequenas.

O coletor para coletar as peças quebradas de partícula após impacto inclui preferivelmente uma calha de coleta posicionada embaixo do rotor e estator. A calha de coleta pode ser substancialmente cônica e pode afilar a partir de um diâmetro maior do que o diâmetro da superfície de impacto até um diâmetro estreito de uns poucos centímetros, por exemplo, 20-50 mm. Isso então alimenta as partículas fraturadas muito especificamente para dentro de um único local.

O aparelho pode incluir ainda um classificador para classificar as partículas fraturadas em diferentes grupos de tamanho, preferivelmente, para classificar automaticamente as partículas.

O classificador pode compreender ao menos uma peneira de classificação que separa as partículas fraturadas em uma fração que está acima de um tamanho predeterminado e outra fração que está abaixo do tamanho predeterminado. Em uma modalidade o classificador inclui uma única peneira que é usada para determinar o índice de finura de produto T10 como resultado da fratura de partícula. Isto é, a percentagem em peso das partículas fraturadas passando através de uma peneira tendo aberturas que são de um décimo do tamanho médio das partículas de alimentação. Deve ser considerado que o classificador também pode compreender uma pluralidade de peneiras de classificação. Tal arranjo poderia classificar as partículas fraturadas em várias frações de tamanho, por exemplo, de 4 a 8 frações de tamanho. Essa classificação mais detalhada pode então ser usada para prover critério mais abrangente no PSD das partículas fraturadas para qualquer fração de tamanho de partículas de alimentação.

Em modalidades alternativas, o classificador é um classificador não-mecânico. Por exemplo, o classificador pode ser um classificador ótico que vantajosamente habilita análise rápida e fácil da distribuição de tamanho de partícula das partículas fraturadas mediante alimentação das mesmas ao classificador ótico. Nesse caso, a análise pode ser facilmente apresentada em imagem em uma tela utilizando software apropriado, e considerada, ou salva para referência futura.

O coletor também pode incluir meio para pesar, por exemplo, pesar automaticamente, diferentes frações de tamanho de partículas fraturadas.

Essa invenção também se estende a um método de determinar propriedades de fratura de um material particulado incluindo as etapas de:

alimentar uma pluralidade de partículas discretas de material particulado ao aparelho de acordo com a invenção descrita acima;

analisar os pedaços fraturados resultantes das partículas discretas após impacto do aparelho; e

correlacionar os pedaços fraturados resultantes com propriedades de quebra do material particulado. O aparelho usado no método pode incluir qualquer uma ou mais das características opcionais ou preferidas do aparelho descrito acima.

O método pode incluir dividir as partículas de material particulado em uma pluralidade de frações de tamanho e então testar cada uma das frações de tamanho em turnos no aparelho descrito acima.

A etapa de dividir o material particulado em frações de tamanho inclui preferivelmente dividir o mesmo em frações de tamanho estreitas.

De acordo com outro aspecto da invenção é provido um método para determinar as propriedades de fratura de um material particulado, o método compreendendo as etapas de: transmitir uma quantidade de energia cinética a ao menos uma partícula do material particulado;

fazer com que a partícula possuindo a quantidade de energia cinética se choque contra uma superfície de impacto em uma velocidade de impacto predeterminado e seja fraturada;

analisar os pedaços fraturados resultantes da partícula após o impacto; e

correlacionar os pedaços fraturados resultantes com propriedades de fratura do material particulado.

A etapa de transmitir uma quantidade de energia cinética à partícula pode ser realizada mediante qualquer meio adequado. Contudo, a quantidade de energia transmitida à partícula deve ser precisa para garantir que a velocidade de impacto predeterminada da partícula seja obtida. A energia cinética pode ser aplicada à partícula mediante alimentação da partícula a um canal de guia, por exemplo, como provido no aparelho descrito acima de acordo com o aspecto mais antigo da invenção, e deslocar a partícula ao longo do canal de guia. Reitera-se que a velocidade de impacto predeterminada é a velocidade de impacto real da partícula e não a velocidade de impacto presumida que pode ser calculada â luz da velocidade circunferencial de um rotor de um aparelho conforme descrito acima.

Para obter resultados estatisticamente relevantes, o método desse aspecto da invenção inclui preferivelmente transmitir a quantidade de energia cinética a uma pluralidade de partículas discretas e analisar os pedaços fraturados resultantes das partículas após o impacto.

Desse modo, o método envolve preferivelmente alimentar partículas discretas a serem fraturadas em turnos em um canal de guia e transmitir uma quantidade específica e consistente de energia cinética às partículas. As partículas são impactadas contra uma superfície de impacto na velocidade de impacto predeterminada e a distribuição de tamanho dos pedaços fraturados das partículas é analisada para se determinar as propriedades de fratura do material particulado. Essa informação pode ser então usada para se entender e modelar os processos de trituração em moinhos e semelhantes.

A etapa e alimentar as partículas, em turnos, ao canal de guia pode compreender alimentar as partículas através de um canal de alimentação e então para dentro do canal de guia.

O canal de guia pode estar localizado em um rotor, por exemplo, conforme descrito com relação ao aparelho de acordo com o aspecto descrito anteriormente da invenção. Se esse for o caso, a etapa de deslocar as partículas ao longo do canal de guia pode incluir girar o rotor em uma velocidade cuidadosamente controlada e/ou medida e permitir que a força centrífuga do rotor giratório transmita a energia cinética às partículas. As partículas são projetadas a partir do rotor em uma velocidade que é proporcional à velocidade do rotor, e particularmente a velocidade da borda circunferencial do rotor. Desse modo, uma quantidade específica predeterminada de energia cinética pode ser transmitida à partícula.

A etapa de fazer com que a partícula se choque contra uma superfície de impacto pode compreender fazer com que a partícula atinja a superfície de impacto em um ângulo que é aproximadamente perpendicular à superfície de impacto.

Sem limitação, as partículas podem ser projetadas de tal modo que elas atingem a superfície de impacto em um ângulo de 75 a 98 graus em relação à superfície, por exemplo, de 85 a 95 graus em relação à superfície; ou substancialmente perpendiculares à superfície.

A etapa de fazer com que a partícula se choque contra uma superfície de impacto pode compreender alternativamente fazer com que a partícula atinja a superfície de impacto com uma pancada de ricochete. Conforme discutido acima, com tal pancada de ricochete a partícula mantém alguma energia cinética e nem toda a energia é absorvida pelo impacto.

O impacto de ricochete pode ser causado mediante orientação e/ou configuração da superfície de impacto de forma diferente daquela para o teste perpendicular descrito acima.

A etapa de analisar os pedaços fraturados de partícula pode incluir classificar os pedaços fraturados a partir da colisão em diferentes frações de tamanho, preferivelmente automaticamente.

Os pedaços fraturados podem ser classificados em duas frações de tamanho.

A etapa de classificar os pedaços fraturados pode compreender passar os pedaços através de uma peneira para dividir os pedaços em partículas de tamanho acima do normal e de tamanho abaixo do normal. A peneira, por exemplo, pode ter aberturas de malha que são aproximadamente de um décimo do tamanho médio ou diâmetro das partículas de alimentação. Isso é conhecido como o teste de finura de produto Ti0 que é usado para calcular o índice de finura do produto. Como observado acima, o índice de finura do produto pode ser definido como a percentagem da massa do material de alimentação inicial constituída pela percentagem do material de tamanho abaixo do normal.

Adicionalmente, os pedaços fraturados podem ser classificados em mais do que duas frações de tamanho, por exemplo, de 4 a 6 frações de tamanho.

A etapa de analisar os pedaços fraturados também pode incluir pesar os pedaços fraturados em cada uma das frações de tamanho nas quais os pedaços foram classificados, preferivelmente automaticamente.

0 método pode incluir repetir as etapas apresentadas acima para uma pluralidade de partículas do mesmo tamanho geral e da mesma fração de tamanho para elaborar uma distribuição de tamanho de partícula dos pedaços fraturados. Isso então provê um critério para como as partículas daquela fração de tamanho são fraturadas para uma determinada energia de entrada.

Por exemplo, várias partículas em uma faixa de tamanho podem ser alimentadas a um canal de guia e então induzidas a se chocar com a superfície de impacto. Ao menos 35 partículas em uma faixa de tamanho podem ser testadas, por exemplo, 35-100 partículas em uma faixa de tamanho, por exemplo, 40-70 partículas em cada faixa de tamanho.

A fratura das partículas de uma amostra e 35-100 partículas, por exemplo, aproximadamente 50 partículas podem ser então analisadas estatisticamente para compor um perfil de como essas partículas serão fraturadas. Preferivelmente cada tamanho de partícula é testado ao menos em três níveis de energia, por exemplo, em quatro a seis níveis de energia, por exemplo, em quatro níveis de energia.

O que foi descrito acima é o método usado para testar uma fração de tamanho. 0 método pode incluir pré- dimensionar as partículas a serem testadas em frações de tamanho estreito e então testar ao menos duas ou três diferentes frações de tamanho em turnos da forma mostrada acima. Um modelo de distribuição de fratura através do espectro completo dos tamanhos de partícula na carga pode ser então elaborado utilizando técnicas de ajuste de curvas.

Desse modo o processo de testar uma amostra grande de partículas em cada fração de tamanho pode ser realizado. Desse modo uma distribuição de tamanho de partícula de partículas fraturadas pode ser progressivamente elaborada para cada uma das frações de tamanho nas quais a carga é pré-dimensionada. O método pode incluir testar as partículas que são partículas de minério, por exemplo, a partir de um triturador ou a partir de um escoamento da mina. 0 método pode ser usado para todos os tipos de minérios. 0 método também pode ser usado em partículas de carvão antes das partículas de carvão ser enviadas para uma instalação de trituração de carvão.

Essa invenção também se estende a um método de determinar as propriedades de quebra de partículas no local em um moinho de escala comercial, por exemplo, em linha, utilizando o aparelho ou método descrito acima.

As quantidades de amostra de material particulado podem ser retiradas da carga para um moinho comercial formando parte de uma instalação de escala comercial. O material particulado pode ser retirado do fluxo de alimentação para o moinho em uma base regular e então submetido aos testes no aparelho, ou por intermédio do método, da forma descrita acima.

As quantidades de amostra de material são preferivelmente retiradas da carga ao menos em uma base semanal, mais pref erivelmente ao menos a cada três dias, por exemplo, em uma base diária.

Desse modo, o aparelho pode ser colocado vantajosamente próximo a uma instalação de escala comercial e o material testado a partir do fluxo de alimentação para o moinho no aparelho.

Informação sobre as propriedades de fratura do material particulado ou caracterização de fratura do material pode ser fornecida aos gerentes da instalação e operadores da instalação em uma base regular, por exemplo, em uma base diária.

Considera-se que o método acima também pode ser estabelecido idealmente para quantificar a probabilidade de fratura do material particulado. Isto é, em impactos muito baixos e repetitivos, pode ser possível determinar quando a partícula de um material particulado será fraturada substancialmente. Esse conhecimento está se tornando imprescindível na modelagem DEM de moinhos e na otimização futura do processo. Para obter resultados estatisticamente válidos, considera-se que o número de partículas exigidas seria de pelo menos 200 para partículas não-condicionadas, em comparação com digamos 3 0 ou 50 para análi se Tio descrita acima. Pode ser possível minimizar esse número para 50 partículas, ou ligeiramente mais, se as partículas forem primeiramente condicionadas em um moinho de tombamento de muito baixa energia que essencialmente elimina quaisquer partículas anormalmente fracas e desgasta as asperezas da superfície.

Conseqüentemente, o método pode incluir aquele no qual a propriedade de fratura determinada é a probabilidade de fratura do material particulado. Nesse caso, as partículas do material particulado são preferivelmente submetidas à moagem de baixa energia para substancialmente eliminar as partículas anormalmente fracas do material particulado antes de transmitir energia cinética às partículas. Além disso, ao menos 50 partículas do mesmo tamanho geral ou da mesma fração de tamanho das partículas pré-tratadas, são testadas.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Um aparelho e método para determinar as propriedades de fratura de partículas de acordo cora essa invenção podem se manifestar em uma variedade de formas. Será conveniente em seguida prover uma descrição detalhada de uma modalidade da invenção com referência aos desenhos anexos. 0 propósito de prover essa descrição detalhada é o de instruir aqueles com interesse na matéria em estudo da invenção a como colocar a invenção em prática. Deve ser claramente entendido, contudo, que a natureza específica dessa descrição detalhada não anula a generalidade das declarações precedentes. Nos desenhos:

A Figura 1 é uma vista frontal esquemática de um aparelho para caracterizar fratura de rocha que é conhecido na técnica anterior;

A Figura 2 é uma vista lateral esquemática de outro aparelho da técnica anterior similar àquele na Figura 1 mostrando como o aparelho impacta a partícula de teste para causar a sua fratura;

A Figura 3 é uma vista frontal esquemática em seção de um aparelho de acordo com uma modalidade da invenção;

A Figura 4 é uma vista plana esquemática do aparelho da Figura 3 ;

A Figura 5 é uma vista plana esquemática de um rotor mostrando o componente e os vetores de velocidade resultantes para uma partícula projetada a partir do rotor;

A Figura 6 é uma vista plana esquemática de uma partícula e estator definindo uma superfície de impacto para uma colisão oblíqua de baixo impacto; e

A Figura 7 é uma vista tridimensional de um rotor para o aparelho da Figura 3 mostrando os canais através dos quais as partículas são passadas. A Figura 1 ilustra um aparelho que é usado no assim chamado teste de queda livre de peso que foi desenvolvido por, e usado pelo Julius Kruttschnitt Mineral Research Centre (JKMRC). A Figura 2 ilustra um aparelho similar utilizando princípios similares.

Os aparelhos nas Figuras 1 e 2 são discutidos em - Antecedentes - para a invenção acima e não serão descritos adicionalmente nessa descrição detalhada.

Nas Figuras 3 a 5 o numerai de referência 10 se refere geralmente a um aparelho para caracterizar propriedades de fratura de rocha de acordo com uma modalidade da invenção.

O aparelho 10 compreende de forma geral um rotor que é mostrado geralmente pelo numerai 12 e um meio para girar o rotor na forma de um motor elétrico 14 tendo um eixo de saída 15.

O rotor 12 tem um formato circular achatado e tem uma pluralidade de canais de guia 16 se estendendo radialmente no sentido para fora a partir de seu centro. Na modalidade ilustrada existem quatro canais de guia 16 que são espaçados em 90 graus separados entre si embora um número exato de canais de guia 16 não seja essencial. Os quatro canais de guia 16 se fundem todos em um só, no centro do rotor 12.

Os canais de guia 16 têm uma entrada comum 17 no ponto onde eles convergem em apenas um no centro do rotor 12. As partículas a serem testadas são alimentadas através da entrada 17, definida por um topo aberto dos canais de guia 16 nesse ponto. Adicionalmente, cada canal de guia 16 tem uma saída 19 na borda circunferencial do rotor 12.

Em uma forma o rotor 12 tem o formato de um bloco de aço e os canais de guia 16 são usinados ou trabalhados à máquina no bloco. Tal rotor exemplar é mostrado esquematicamente na Figura 7. Em outra forma (não mostrada) os canais de guia 16 compreendem seções de tubo que são fixadas em uma superfície superior do rotor 12.

0 aparelho 10 inclui também uma transmissão de acionamento para transmitir acionamento a partir do motor 14 para o rotor 12. A transmissão de acionamento compreende um acionamento de correia 18 se estendendo entre o motor 14 e o rotor 12. Mais especificamente, o acionamento e correia 18 compreendem três elementos de correia se estendendo entre polias associadas, respectivamente, com o motor 14 e o rotor 12, as polias por sua vez sendo montadas em eixos se estendendo respectivamente a partir do motor 14 e do rotor 12.

Na modalidade ilustrada o motor 14 tem uma velocidade máxima de 1540 rpm que converte em uma velocidade de rotor de até 5005 rpm pela relação de polia de 3,25:1. Além disso, os canais de guia 16 definem passagens no rotor 12 de 30 mm de diâmetro. 0 aparelho é vantajosamente capaz de tratar partículas em uma faixa de tamanho de 1 a 16 mm de diâmetro. O aparelho pode ser modificado para tratar partículas de até 100 mm de diâmetro e, também, partículas pequenas, inferiores a 1 mm de diâmetro.

0 aparelho 10 inclui também um sistema de controle para controlar a velocidade do rotor 12. Esse controlador compreende um inversor de freqüência variável (não mostrado) fornecendo corrente ao motor 14. Desse modo, mediante variação da corrente fornecida à bobina a velocidade do motor 14 e desse modo a velocidade do rotor 12 podem ser variadas.

O aparelho 10 inclui também canal de alimentação 34 para alimentar partículas em seqüência nos canais de guia 16 do rotor 12. O canal de alimentação 34 é associado a uma tremonha de armazenamento 30 para armazenar um fornecimento de partícula a partir de uma determinada fração de tamanho e um alimentador vibratório 32 para deslocar as partículas para fora da tremonha de armazenamento 30. O canal e alimentação 34 têm uma orientação substancialmente vertical com uma entrada superior 36 e uma saída inferior 38.

O alimentador vibratório 32 alimenta as partículas a partir da tremonha 3 0 uma de cada vez para a entrada 36 do canal de alimentação 34.

O canal de alimentação 34 tem um diâmetro de aproximadamente 3 0 mm e as partículas são passadas em turnos ou em seqüência através do canal de alimentação 34. Como resultado apenas uma partícula é emitida a partir da saída 38 do canal de alimentação 34 de cada vez. A saída 38 do canal de alimentação 34 é posicionada logo acima do rotor 12 de tal modo que as partículas são alimentadas a partir da saída 38 do canal de alimentação para a entrada comum 17 dos canais de guia 16.

O aparelho 10 inclui também um estator 40 definindo uma superfície de impacto 42 contra a qual as partículas colidem após elas serem lançadas para fora de uma saída 19 de um canal de guia 16 na borda circunferencial do rotor 10.

O estator 40 circunda circunferencialmente o rotor 12 e tem uma superfície interna definindo a superfície de impacto 42 que é espaçada a uma curta distância no sentido para fora do rotor 12. Naturalmente o estator 40 será posicionado substancialmente na mesma altura que o rotor 12 de modo que as partículas sendo lançadas para fora do rotor 12 atingem o mesmo.

A superfície de impacto 42 do estator 40 pode compreender segmentos ou seções curvas 46 que são arranjados escalonadamente em relação uns aos outros conforme mostrado na Figura 4. 0 estator 40 e a superfície de impacto 42 podem ser descritos como tendo um formato de dentes de serra quando vistos em vista plana.

Cada segmento curvo 46 se curva gradualmente em direção ã borda do rotor 12 em uma direção que corresponde à direção de rotação do rotor 12 como mostrado pela seta 47 nos desenhos.

O aparelho 10 inclui ainda uma calha de coleta 50 posicionada abaixo do estator 40 e do rotor 12. A calha 50 tem um formato cônico e se afila no sentido para dentro em uma direção voltada para baixo, até uma saída de calha 52 em sua extremidade inferior.

O aparelho 10 inclui ainda meio para analisar as partículas que passaram para a calha de coleta 50. O meio para analisar as partículas na modalidade ilustrada compreende um aparelho de classificação de tamanho de partícula 60. Na modalidade ilustrada aparelho de classificação 60 tem uma peneira (não mostrada) e desvia as partículas de tamanho excessivo para uma fração de tamanho excessivo e as partículas de tamanho abaixo do normal para uma fração de tamanho abaixo do normal.

Essas frações relativas podem ser então pesadas para verificar de qual fração do peso da partícula de alimentação de entrada elas são compreendidas. A distribuição de tamanho de partícula das mesmas (PSD's) também pode ser determinada.

Especificamente o índice de finura de produto pode ser então calculado com base na massa inicial das partículas submetidas à fratura e então a percentagem do material de tamanho abaixo do normal recuperada a partir do aparelho de classificação 60.

O aparelho 10 inclui também meio para medir a velocidade do rotor. É importante obter uma medida exata da velocidade do rotor uma vez que isso forma a base do cálculo da energia cinética de entrada das partículas. Na modalidade ilustrada a velocidade do rotor 12 é medida por um tacômetro (não mostrado). O sensor de velocidade utiliza um sensor de proximidade indutiva para detectar a passagem de uma peça de aço (na realidade uma cabeça de parafuso) dentro de 4 mm da mesma a cada giro. 0 sensor inclui uma bobina e um magneto de modo que o fluxo através da bobina mudará à medida que o material magnético passa pela mesma. O sensor alimenta essa informação a um contador programável que exibe o rpm.

Adicionalmente, o aparelho 10 inclui também controles para controlar a taxa de alimentação das partículas a partir da tremonha 3 0 para dentro do canal de alimentação 34. Ele também inclui um controle para controlar uma peneira vibratória do aparelho de classificação 60 posicionada abaixo do rotor e da calha de coleta.

Muitos desses controles são controlados a partir de um painel de controle 65 que está posicionado adjacente ao motor elétrico 12. Adicionalmente o painel de controle 65 também pode incluir displays de uma ou mais leituras ou medições tal como a velocidade do rotor 12.

Em uso o aparelho 10 é tipicamente utilizado para caracterizar as propriedades de fratura das partículas a partir de um determinado corpo de minério ou de um determinado corpo de carvão. Essas propriedades de fratura podem ser então usadas para modelar ou controlar ou ajustar as operações unitárias que envolvem fraturas de tais partículas tal como trituração incluindo moagem.

Em outra modalidade que não foi ilustrada o rotor 12 e o estator 14 são ao menos completamente encerrados em uma câmara de vácuo. Isso remove os efeitos da resistência do ar sobre as partículas. Isso então auxilia a conduzir os testes para caracterizar a fratura de partículas pequenas.

A primeira etapa em um método para caracterizar as partículas de minério seria a de prover uma amostra das partículas de minério abrangendo uma ampla faixa de tamanhos de partícula e então pré-dimensionar essas partículas em frações estreitas. Isso é feito tipicamente utilizando uma série de peneiras embora isso não necessite ser feito dessa forma.

Posteriormente cada uma das frações de tamanho será testada em turnos no aparelho 10. Tipicamente isso poderia ser feito mediante início com a menor fração de tamanho e, então, trabalhando-se progressivamente através de diferentes frações de tamanho até a maior fração de tamanho.

A primeira fração de tamanho é carregada na tremonha de alimentação 30. O alimentador vibratório 32 é então ligado e isso sacode as partículas a partir da tremonha 30 para a entrada 36 do canal de alimentação 34. 0 canal de alimentação 34 é dimensionado de tal modo que as partículas se acomodam em linha ou em uma seqüência de linha dentro do canal de alimentação 34. Essa linha de partículas é então deslocada progressivamente canal de alimentação 34 abaixo em direção à saída 38.

Cada partícula sai da saída 38 em turnos e caem através da entrada comum 17 para os canais de guia 18 no centro do rotor 12. A partir daí as partículas são induzidas a se deslocar em uma direção radialmente no sentido para fora pela força centrífuga de rotação do rotor 12 ao longo de um dos canais de guia 16. O canal de guia 16 ao longo do qual a partícula é deslocada dependerá da direção de força centrífuga que é aplicada à partícula naquele momento específico.

Cada partícula é lançada para fora do rotor 12 através da saída 19 do canal de guia 18 em um ângulo em relação ao rotor 12. A partícula é lançada através do ar e então colide com a superfície de impacto 42 definida pelo estator 40 que está em seu percurso. O impacto ocorre em uma velocidade de impacto predeterminada específica.

A superfície de impacto 42 do estator 40, com sua configuração de dentes de serra, conforme descrito acima garante que cada partícula esteja se deslocando em uma direção substancialmente perpendicular ao segmento da superfície de impacto 46 com o qual ela colide. Essa característica ajuda a garantir que a maior parte da energia cinética na partícula seja convertida em energia de fratura.

Após colidir com a superfície de impacto 42 a partícula pode fraturar em um número de pedaços menores e esses pedaços então cairão através da calha de coleta 5 0 para a sua saída 52.

Os pedaços fraturados entram então no aparelho de classificação 60 e dependendo de seus tamanhos terminam em frações de tamanho abaixo do normal ou de tamanho acima do normal.

Esse experimento básico é então repetido para um número de diferentes partículas, por exemplo, um grande número de partículas, naquela fração de tamanho. Desse modo gradualmente uma distribuição de tamanho de partícula estatisticamente razoável das partículas fraturadas pode ser elaborada. Isso então mostra como essa partícula será fraturada quando submetida a esse nível de energia de fratura.

Esse procedimento global é então repetido por um número de diferentes níveis de energia para testar a fratura daquele tamanho de partícula nos diferentes níveis de energia. Diferentes níveis de energia são transmitidos para testar as partículas mediante mudança da velocidade de rotação do rotor. Mediante aumento da velocidade do rotor energia cinética superior é transmitida à partícula quando ela é lançada para fora do rotor. Isso é então convertido em energia de colisão superior quando ela colide com a formação de impacto. Muito freqüentemente as características de fratura de partícula são diferentes para diferentes níveis de energia. Como tal, será considerado que a velocidade de impacto, a qual é diretamente relacionada ao nível da energia transmitida ao material particulado, será de considerável importância ao se determinar as propriedades de fratura do material particulado.

Esse procedimento pode ser repetido para uma pluralidade das diferentes frações estreitas nas quais as partículas de alimentação foram divididas, por exemplo, três a quatro frações. Desse modo um modelo de fratura de partícula para os diferentes tamanhos pode ser progressivamente elaborado.

O requerente acredita que é provável que não seja necessário conduzir os testes para todas as estações de tamanho. O requerente acredita que três ou quatro frações de tamanho possam precisar ser testadas para fornecer uma idéia das características de fratura em relação à faixa total de tamanhos.

A Figura 5 mostra um exemplo dos vetores de velocidade de uma partícula quando ela é lançada para fora do rotor.

As partículas são lançadas do rotor com uma velocidade radial que têm um vetor de componente tangencial e também um vetor de componente radial. O percurso efetivo seguido por essa partícula e o vetor de soma resultante líquido desses vetores componentes como mostrado na Figura 5.

O requerente conduziu alguma investigação e medição da velocidade de partícula utilizando medições com câmera de vídeo de alta velocidade. As investigações do requerente descobriram que a velocidade radial de partícula era inferior à velocidade da circunferência do rotor. O requerente estabeleceu que a velocidade radial da partícula lançada do rotor é igual à velocidade circunferencial do rotor. Ela é inferior à velocidade da circunferência do rotor. Como resultado o requerente concluiu que a velocidade de impacto final não é igual à raiz quadrada de duas vezes a velocidade circunferencial de acordo com a teoria. Contudo, o requerente descobriu que existe uma relação linear entre a velocidade circunferencial e a velocidade da partícula. Isto é, a velocidade de impacto é proporcional à velocidade circunferencial. Especificamente, as duas diferem em uma constante e uma pode ser convertida na outra.

A energia específica de cada impacto, Ecs, é definida como a energia cinética Ek por massa de partícula m:

<formula>formula see original document page 39</formula>

Portanto a massa de partícula não afeta a energia específica nesse tipo de dispositivo de fratura de impacto. A energia específica, portanto, depende apenas da velocidade de impacto Vi.

A Figura 5 mostra que a velocidade de impacto Vi é resultante da velocidade tangencial Vt do rotor e da velocidade radial Vr, onde:

<formula>formula see original document page 39</formula>

Se os dois componentes de velocidade são iguais,

<formula>formula see original document page 39</formula>

Se os dois componentes de velocidade não são iguais,

<formula>formula see original document page 39</formula>

Portanto a energia específica é determinada a partir de <formula>formula see original document page 40</formula>

Onde Ecs é a energia específica (kWh/t), r é o raio do rotor (m), N a velocidade do rotor (rpm), e C uma constante de modelo de máquina que governa a velocidade de impacto possível máxima em uma determinada velocidade do rotor. Acredita-se que essa constante considere a eficiência de um determinado modelo ao transferir a energia cinética a partir do rotor para a partícula alimentada para a máquina.

A Figura 6 ilustra uma superfície de impacto de acordo com outra modalidade da invenção.

Conforme mostrado na Figura 6 a superfície de impacto 42 do estator é arranjada de modo que as partículas colidem com cada um dos segmentos da superfície de impacto em um ângulo oblíquo. Isso é bem diferente da orientação da superfície de impacto descrita acima com referência à Figura 3 onde a partícula atinge a superfície de impacto substancialmente em 90 graus.

Em uso essa formação é usada para conduzir testes de cisalhamento, os quais imitam o modo de fratura de baixa energia de atrito/abrasão em um moinho. Partículas com dimensões mais estreitas são alimentadas ao aparelho, impactadas na energia específica desejada, e o produto é peneirado e pesado. As partículas de tamanho acima do normal são submetidas a outro ciclo de impacto. O procedimento é repetido até que todas as partículas sejam fraturadas.

O aparelho desenvolvido pelo requente na Figura 3 em conjunto com a superfície de impacto na Figura 6 que é

orientada para fazer com que as partículas colidam com a superfície em um ângulo oblíquo proporcionam um meio conveniente e adequado para conduzir testes de fratura incrementai nas partículas.

Uma vantagem do aparelho descrito acima com referência às Figuras 3 e 4 é que ele opera amplamente de forma automática. Isto é, quando as partículas tiverem sido alimentadas na tremonha então o aparelho alimentará partículas individuais uma de cada vez no canal de alimentação e então para o rotor. Adicionalmente, a calha de coleta, e o sistema de classificação de tamanho recuperarão as várias frações de tamanho automaticamente. Desse modo a operação do sistema não requer envolvimento ativo do operador ou técnico.

Adicionalmente o aparelho poderia conduzir um grande número de testes de partículas individuais em um espaço de tempo relativamente curto, Por exemplo, partículas individuais poderiam ser enviadas canal de alimentação abaixo e para o rotor a cada um segundo aproximadamente. Isso permitiria que 60 partículas fossem testadas a camada minuto e 120 partículas fossem testadas a cada 2 minutos. Isso possibilitaria que os resultados de testes que são obtidos a partir do trabalho de teste fossem baseados em amostras estatísticas maiores e, portanto, serem mais exatos.

Ainda outra vantagem adicional do aparelho é que ele pode testar frações de tamanho de partículas inferiores a 10 mm de diâmetro tão facilmente quanto as partículas que têm diâmetro maior do que 10 mm. Isso é uma vantagem significativa em relação aos aparelhos da técnica anterior uma vez que o requerente acredita que as partículas pequenas têm propriedades de fratura diferentes das partículas grandes.

Outra vantagem do aparelho é que ele pode caracterizar fratura não somente de impacto e elevada energia em 90 graus como também as propriedades de atrito/abrasão de baixa energia das partículas de minério. Isso é útil porque ambos os tipos de fratura ocorrem em um moinho de trabalho.

Uma vantagem ainda adicional do aparelho descrito acima é que seria muito prático ter um aparelho permanentemente no local em uma instalação de beneficiamento e até mesmo possivelmente em linha com os fluxos de material para o moinho. Os testes das propriedades de fratura de partícula poderiam ser incorporados no controle de qualidade diário e nos procedimentos de teste do funcionamento da instalação.

Devido ao fato do aparelho funcionar amplamente de forma automática um teste é configurado para uma fração de tamanho específico, os operadores existentes poderiam executar esse teste junto com as suas tarefas existentes. Essa informação instantânea quase em tempo real sobre as propriedades de fratura de partícula das partículas seguindo através do moinho permitiria que os engenheiros da instalação respondessem às mudanças súbitas nas propriedades de fratura nas configurações usadas para o moinho.

O requerente acredita que essa invenção tem o potencial de revolucionar a operação dos moinhos e semelhantes. Historicamente os moinhos têm sido muito ineficientes em converter a energia de entrada em fratura de partículas e essa invenção tem o potencial de aperfeiçoar isso significativamente.

Evidentemente será percebido que o mencionado acima foi fornecido apenas como exemplo ilustrativo da invenção e que todas as tais modificações e variações em relação ao mesmo como seria evidente àqueles versados são considerados como abrangidos pelo amplo escopo e âmbito da invenção como aqui apresentada.

Claims (56)

1. Aparelho para determinar as propriedades de fratura de um material particulado, o aparelho caracterizado por incluir: um suporte; um rotor montado em relação ao suporte e incluindo ao menos um canal de guia através do qual uma partícula do material particulado é guiada em uso, o canal de guia tendo uma entrada e uma saída; um acionamento associado ao rotor; um canal de alimentação para alimentar partículas ao material particulado para a entrada do canal de guia; um estator associado ao rotor e incluindo uma superfície de impacto que é radialmente espaçada de uma borda circunferencial do rotor; e um coletor para coletar pedaços do material particulado após impacto; em que o aparelho é provido com um sistema de controle para controle exato e ajuste da velocidade de impacto do material particulado com a superfície de impacto.

2. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o suporte inclui uma base para montar ou posicionar o aparelho em uma superfície de suporte e uma armação se estendendo para cima a partir da base.

3. Aparelho, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que a armação inclui elementos verticais se estendendo para cima a partir da base em ao menos dois lados opostos da base.

4. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rotor inclui um corpo achatado, substancialmente circular tendo duas superfícies principais.

5. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o rotor é orientado com suas superfícies principais se estendendo em um plano substancialmente horizontal e o rotor gira em torno de um eixo substancialmente vertical.

6. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o rotor é uma massa sólida, plana e o canal de guia é definido por um canal que se estende radialmente dentro da massa sólida a partir de uma posição substancialmente central para a borda circunferencial do rotor.

7. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que a entrada do canal de guia é formada por uma abertura em uma das superfícies principais do rotor, a abertura sendo associada com o canal.

8. Aparelho, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que a entrada está na, ou próximo da posição central do rotor.

9. Aparelho, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado pelo fato de que o rotor inclui uma pluralidade de canais de guia.

10. Aparelho, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado pelo fato de que os canais são espaçados circunferencialmente entre si, mais preferivelmente espaçados de forma eqüidistante circunferencialmente entre si.

11. Aparelho, de acordo com a reivindicação 10, caracterizado pelo fato de que o rotor inclui quatro canais que têm uma entrada comum posicionada no centro do rotor e que se estendem substancialmente perpendicularmente entre si.

12. Aparelho, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo fato de que cada canal se estende linearmente a partir do centro do rotor até uma saída posicionada na borda circunferencial do rotor.

13. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o acionamento inclui um motor elétrico e uma transmissão de acionamento que é acoplada ao motor e ao rotor para transmitir acionamento a partir do motor para o rotor.

14. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o rotor é montado no suporte, o mancai sendo interposto entre uma formação superior associada com o rotor e uma formação inferior associada com o suporte.

15. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle controla a velocidade de impacto do material particulado dentro de uma diferença relativa inferior a 2%.

16. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle inclui uma unidade de processamento para receber uma entrada da velocidade circunferencial do rotor e correlacionar a mesma com a velocidade de impacto efetiva de uma partícula emitida a partir do canal de guia do rotor.

17. Aparelho, de acordo com a reivindicação 16, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle provê um meio para ajustar de forma exata a velocidade rotacional do rotor.

18. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pelo fato de que o acionamento inclui um motor elétrico e um inversor de freqüência variável é incluído para facilitar ajuste da quantidade de corrente fornecida ao motor correlacionado ao ajuste da velocidade rotacional do rotor.

19. Aparelho, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado por incluir um potenciômetro para facilitar o ajuste da velocidade rotacional do rotor.

20. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle inclui meio para medir a velocidade de rotação do rotor.

21. Aparelho, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado pelo fato de que o sistema de controle inclui um tacômetro ótico ou mecânico.

22. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o canal de alimentação se estende substancialmente de forma vertical e inclui uma entrada em uma extremidade superior e uma extremidade de saída em uma extremidade inferior.

23. Aparelho, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a saída do canal de alimentação é espaçada acima de uma entrada comum para uma pluralidade de canais de guia do rotor, substancialmente no centro do rotor.

24. Aparelho, de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que o canal de alimentação inclui uma entrada alargada para facilitar alimentação de partículas através da entrada.

25. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o canal de alimentação é associado a um dispositivo de armazenamento de partículas que é posicionado acima da entrada para o canal de alimentação, contendo um suprimento de partículas a serem testadas.

26. Aparelho, de acordo com a reivindicação 25, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de armazenamento de partículas tem uma saída que é dimensionada para limitar o fluxo de partículas através da saída.

27. Aparelho, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado pelo fato de que o canal de alimentação é associado com um dispositivo de transporte intermediário para transportar as partículas a partir da saída do dispositivo de armazenamento de partículas para a entrada do canal de alimentação.

28. Aparelho, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que o dispositivo de transporte intermediário é uma correia transportadora vibratória.

29. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estator definindo a superfície de impacto inclui um corpo que se estende circunferencialmente em torno do rotor e que é espaçado no sentido para fora a partir da sua borda circunferencial.

30. Aparelho, de acordo com a reivindicação 29, caracterizado pelo fato de que a superfície de impacto é configurada de tal modo que as partículas descarregadas a partir dos canais de guia do rotor impactam a mesma em um ângulo de 7 0 graus a 100 graus.

31. Aparelho, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado pelo fato de que a superfície de impacto inclui uma pluralidade de segmentos de superfície discretos arranjados de modo escalonado em relação uns aos outros se estendendo em torno da superfície de impacto.

32. Aparelho, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que cada um dos segmentos de superfície é curvo de modo que as partículas emitidas a partir do rotor atingem a superfície de impacto em aproximadamente 90 graus.

33. Aparelho, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado pelo fato de que o estator inclui um revestimento proporcionando uma superfície de desgaste que admite o desgaste resultante do impacto das partículas descarregadas a partir do rotor.

34. Aparelho, de acordo com a reivindicação 33, caracterizado pelo fato de que o revestimento inclui uma pluralidade de chapas de desgaste removíveis que podem ser fixadas de fora removível ao estator e as quais podem ser removidas e substituídas por chapas de desgaste novas como e quando exigido.

35. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o estator é incluído em uma tampa adaptada para encerrar o rotor.

36. Aparelho, de acordo com a reivindicação 35, caracterizado pelo fato de que a tampa é mecanizada.

37. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir um alojamento dentro do qual o rotor e o estator são alojados.

38. Aparelho, de acordo com a reivindicação 37, caracterizado pelo fato de que o alojamento é vedado de modo que a pressão do ar dentro do alojamento pode ser reduzida até abaixo da pressão atmosférica.

39. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coletor para coletar as partículas fraturadas após impacto inclui uma calha de coleta posicionada embaixo do rotor e estator.

40. Aparelho, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir um classificador para classificar as partículas fracionadas em diferentes grupos de tamanho.

41. Aparelho, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que o classificador inclui uma pluralidade de peneiras de classificação, ou inclui um classificador ótico.

42. Aparelho, de acordo com a reivindicação 40, caracterizado pelo fato de que o coletor inclui meio para pesar diferentes frações de tamanho de partículas fraturadas.

43. Método de determinar as propriedades de fratura de um material particulado caracterizado por incluir as etapas de: alimentar uma pluralidade de partículas discretas do material particulado ao aparelho de acordo com a reivindicação 1; analisar os pedaços fraturados resultantes das partículas discretas após impacto no aparelho; e correlacionar os pedaços fraturados resultantes com propriedades de fratura do material particulado.

44. Método, de acordo com a reivindicação 43, caracterizado por incluir dividir as partículas de material particulado em uma pluralidade de frações de tamanho e então testar cada uma das frações de tamanho em turnos no aparelho da reivindicação 1.

45. Método para determinar as propriedades de fratura de um material particulado, o método caracterizado por compreender as etapas de: transmitir uma quantidade de energia cinética a ao menos uma partícula do material particulado; fazer com que a partícula possuindo a quantidade de energia cinética se choque contra uma superfície de impacto em uma velocidade de impacto predeterminado e seja fraturada; analisar os pedaços fraturados resultantes da partícula após o impacto; e correlacionar os pedaços fraturados resultantes com as propriedades de fratura do material particulado.

46. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado por incluir transmitir a quantidade de energia cinética a uma pluralidade de partículas discretas e analisar os pedaços fraturados resultantes das partículas após impacto.

47. Método, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que a etapa de fazer com que as partículas se choquem com uma superfície de impacto inclui fazer com que as partículas atinjam a superfície de impacto em um ângulo que é aproximadamente perpendicular à superfície de impacto.

48. Método, de acordo com a reivindicação 46, caracterizado pelo fato de que a etapa de fazer com que as partículas se choquem com uma superfície de impacto inclui fazer com que as partículas atinjam a superfície de impacto com um golpe de rechaço.

49. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que a etapa de analisar os pedaços fraturados de partícula inclui classificar os pedaços fraturados a partir da colisão em diferentes frações de tamanho, preferivelmente automaticamente.

50. Método, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que a etapa de classificar os pedaços fraturados inclui passar os pedaços através de uma peneira para dividir os pedaços em partículas de tamanho acima do normal e de tamanho abaixo do normal.

51. Método, de acordo com a reivindicação 49, caracterizado pelo fato de que a etapa de analisar os pedaços fraturados inclui pesar os pedaços fraturados em cada uma das frações de tamanho nos quais os pedaços foram classificados, preferivelmente automaticamente.

52. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado por incluir repetir o método para uma pluralidade de partículas do mesmo tamanho geral ou da mesma fração de tamanho para elaborar uma distribuição de tamanho de partícula dos pedaços fracionados.

53. Método, de acordo com a reivindicação 52, caracterizado pelo fato de que ao menos 3 5 partículas do mesmo tamanho geral ou da mesma fração de tamanho são testadas.

54. Método, de acordo com a reivindicação 45, caracterizado pelo fato de que a propriedade de fratura determinada é a probabilidade de fratura do material particulado.

55. Método, de acordo cora a reivindicação 54, caracterizado pelo fato de que as partículas do material particulado são submetidas à moagem de baixa energia para substancialmente eliminar as partículas anormalmente fracas do material particulado antes de transmitir energia cinética às partículas.

56. Método, de acordo com a reivindicação 55, caracterizado pelo fato de que ao menos 50 partículas do mesmo tamanho geral ou da mesma fração de tamanho são testadas.