BRPI0816569B1

BRPI0816569B1 - Método de controle da operação de uma célula de flotação por espuma para separar substâncias, mídias que podem ser lidas por computador, célula de flotação por espuma, e substância

Info

Publication number: BRPI0816569B1
Application number: BRPI0816569-6A
Authority: BR
Inventors: Johannes Jacobus Le Roux Cilliers
Original assignee: Imperial Innovations Limited
Priority date: 2007-10-04
Filing date: 2008-10-02
Publication date: 2019-02-12
Also published as: RU2490071C2; CA2701582A1; GB2464654B; BRPI0816569A2; US20100276342A1; CL2008002950A1; WO2009044149A1; CN101848769A; RU2010114659A; US8893893B2; GB2464654A; CN104668105A; ZA201003069B; GB0719432D0; GB201003631D0; PE20090930A1; AU2008306710A1; CA2701582C; AU2008306710B2

Abstract

método de controle da operação de uma célula deflotação por espuma para separar substâncias, mídias que podem ser lidas por computador, célula de flotação por espuma, 5 e substância. trata-se de um método de controle da operação de uma célula de flotação de espuma para separar substâncias, o qual compreende a introdução de gás no líquido na célula, e a criação de uma vazão do gás de controle da espuma na célula a 10 fim de maximizar a recuperação do gás para a célula.

Description

MÉTODO DE CONTROLE DA OPERAÇÃO DE UMA CÉLULA DE FLOTAÇÃO POR ESPUMA PARA SEPARAR SUBSTÂNCIAS, MÍDIAS QUE PODEM SER LIDAS POR COMPUTADOR, CÉLULA DE FLOTAÇÃO POR ESPUMA, E SUBSTÂNCIA

A presente invenção refere-se a um método de controle de uma ou mais células de flotação de espuma para separar substâncias.

A presente invenção refere-se particularmente, embora de maneira alguma exclusivamente, a um método de controle de uma ou mais células de flotação de espuma para separar minerais, por exemplo, minerais que contêm metais tais como níquel e cobre, de minério que contém os minerais e

outros	materiais, tipicamente	indicados	como	ganga.	A
seguinte	descrição da invenção é	focalizada	em um	método	de
flotação	de espuma para separar	minerais	da ganga, mas	a
invenção	não fica confinada a esta aplicação Um exemplo, embora não único outro	, de um	método	de

flotação de espuma é a remoção de tinta do papel, em que é a tinta indesejada é removida através da espuma, e o papel desejado que continue na polpa na célula de flotação. Outros exemplos de métodos de flotação de espuma são para a separação de proteínas, a separação molecular e a separação de resíduos.

A presente invenção também se refere a um método de flotação de espuma em uma ou mais células de flotação de espuma.

A presente invenção também se refere a uma célula de flotação de espuma e a uma usina que compreende uma pluralidade de células de flotação de espuma.

ANTECEDENTES: FLOTAÇÃO DE ESPUMA

A flotação de espuma de mineral é um processo industrial conhecido utilizado para extrair o teor mineral valioso de um minério obtido, por exemplo, através de

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2/23 mineração. É um processo de química de superfície utilizado para separar sólidos, tipicamente sólidos finos, através da exploração da variação na capacidade hidrofílica entre materiais diferentes.

Em uma célula ou um vaso de flotação, que contém uma polpa de um material tal como o minério do qual o mineral deve ser extraído misturado com líquido, ar é fluído através da polpa e a separação é obtida pela aderência seletiva de partículas hidrofóbicas nas bolhas de gás enquanto que todas as partículas hidrofílicas permanecem no líquido que flui entre as bolhas de gás no vaso. Quando as bolhas se elevam até o topo do vaso uma espuma é formada.

A espuma pode ser arranjada para transbordar do vaso de flotação com as partículas hidrofóbicas e hidrofílicas ali compreendidas. Essas partículas podem ser extraídas como um concentrado. A polpa restante no vaso de flotação é geralmente conhecida como refugos.

BANCOS DE CÉLULAS E CIRCUITOS

Na prática, uma usina de flotação de espuma irá conter múltiplas células, arranjadas tipicamente em bancos de um tipo similar, onde o material é alimentado através do banco, célula a célula, e então no banco seguinte. Os tipos de células podem diferir entre os bancos, em que o banco inicial, por exemplo, contém desbastadores que são utilizados para a separação bruta inicial do material desejado do material indesejado. A jusante, os bancos podem incluir desbastadores secundários, também conhecidos como depuradores, os quais executam a separação adicional na polpa que irá permanecer em um desbastador depois que a espuma tiver transbordado do mesmo. Os bancos a jusante também podem incluir limpadores, os quais executam a separação na espuma que foi extraída dos desbastadores ou dos depuradores.

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QUANTIFICAÇÃO DO DESEMPENHO

A qualidade do desempenho de um processo de flotação pode ser medida com respeito a duas características do concentrado que é extraído do vaso de flotação - o grau e a recuperação. O grau indica a fração de sólidos desejados no concentrado em comparação aos sólidos indesejados (ganga). A recuperação indica a fração de sólidos desejados no concentrado em comparação à fração de sólidos desejados na alimentação de minério original que foi introduzida na célula de flotação. Um objetivo chave de um processo de flotação industrial é a manipulação das condições operacionais a fim de obter um equilíbrio ideal entre o grau e a recuperação, em que um processo de flotação ideal produz uma elevada recuperação do concentrado de grau elevado.

CONTROLE DO DESEMPENHO DA FLOTAÇÃO

É sabido que diversos fatores controláveis podem afetar a qualidade do desempenho de um processo de flotação. Estes incluem o pH da polpa, a concentração dos vários produtos químicos adicionados ao vaso de flotação, a profundidade da espuma, a concentração dos sólidos e a vazão de ar para o vaso de flotação.

De acordo com métodos conhecidos de controle e de operação de uma usina de flotação de espuma, um controlador pode observar uma célula de flotação e ajustar manualmente ou de alguma outra maneira as introduções na célula, por exemplo, ao adicionar produtos químicos adicionais e/ou ao mudar a vazão de ar para a célula, de acordo com as suas observações. Tipicamente, estes são empíricos baseados particularmente na observação da superfície da espuma e no seu comportamento. No entanto, tais métodos de ajuste são frequentemente imprecisos. Além disso, as mudanças em determinados aspectos visuais de uma espuma de flotação não

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4/23 correspondem necessariamente à variação na qualidade do desempenho de saída.

Além disso, os processos industriais modernos empregam células de flotação cada vez maiores. Este aumento no tamanho tende a incentivar o uso de mais energia e volume de ar nas células de flotação, independentemente das considerações do desempenho, aumentando a ineficiência inerente nos métodos de controle e operação existentes. Portanto, os problemas continuam presentes nos métodos de flotação práticos conhecidos com respeito aos quais as variáveis devem ser observadas, medidas e controladas a fim de otimizar o desempenho da flotação, bem como a maneira na qual essas variáveis relevantes devem ser manipuladas com precisão.

Em particular, as técnicas existentes não propiciam um grau elevado e uma recuperação elevada do concentrado recuperado dos processos de flotação industriais.

Uma discussão da pesquisa sobre o desempenho da flotação de espuma é fornecida em Barbian et al., The Froth Stability Column - Measuring Groth Stability at an Industrial Scale, páginas 315 a 319, Centenary of Flotation Symposium, Brisbane, QLD (6 - 9 de junho de 2005) em que as correlações são identificadas entre um fator de estabilidade da espuma, a taxa de ar e a profundidade da espuma em uma única célula.

Uma técnica conhecida para avaliar o desempenho da flotação em uma pluralidade de vasos de flotação unidos é descrita em Hadler, The relationship between Froth Stability and Flotation Performance Down a Bank of Cells (PhD thesis, University of Manchester, 2006). O desempenho das primeiras quatro células de flotação de um banco de desbastadores é analisado cumulativamente. De acordo com Hadler, o desempenho das células de flotação unidas varia como a curva de adição de ar, isto é, a diferença na vazão de ar entre as células

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5/23 consecutivas ao longo do banco varia. Hadler verifica que existe um pico na estabilidade em cada célula no banco enquanto a taxa de ar na célula é alterada. Na faixa das vazões de ar testadas em Hadler, o grau cumulativo do concentrado diminui com o aumento da vazão de ar. Portanto, são empregadas taxas de ar baixas e uma curva de ar ascendente através do banco.

Além disso, o requerente não está ciente de nenhuma técnica conhecida que pode utilizar a medição direta e automatizável dos parâmetros a fim de controlar de maneira

confiável a operação de um grupo de células de flotação.	uma
	A	discussão	acima não deve ser	tomada como
descrição	do	conhecimento geral comum.
			A INVENÇÃO
	A	invenção	apresenta um método	de controle	da
operação	de	células	de flotação de espuma para separar

substâncias, em que o método compreende a introdução de gás no líquido na célula e a criação de uma espuma e o controle da vazão do gás, por exemplo, ao variar a vazão na célula a fim de maximizar a recuperação do gás para a célula.

O termo recuperação de gás para a célula deve ser aqui compreendido como uma medida do volume do ar ou de um outro gás de flotação nas bolhas de espuma que transbordam de uma célula de flotação em comparação ao volume do ar ou de um outro gás de flotação nas bolhas que estouram dentro da célula e/ou ao volume do ar ou de um outro gás de flotação introduzido na célula durante um processo de flotação.

A invenção também apresenta uma célula de flotação de espuma que inclui uma entrada de gás para introduzir o gás no líquido na célula, um monitor para monitorar o transbordamento de espuma da célula para calcular a recuperação de gás do gás de entrada na espuma que transborda

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6/23 da célula no uso da célula, e um controlador para variar a vazão do gás na célula para maximizar a recuperação do gás.

As substâncias podem ser quaisquer substâncias que requeiram separação e possam ser separadas em um processo de flotação de espuma. Tal como indicado acima, a invenção refere-se particularmente, embora de maneira alguma exclusivamente, à separação de minerais, por exemplo, minerais que contêm metais, do restante de um minério do que contém os minerais.

Ao maximizar a recuperação do gás na célula, a célula produz um grau elevado de concentrado da espuma que transborda da célula, enquanto também é obtida uma recuperação elevada do mineral desejado a ser recuperado do minério pelo processo de flotação de espuma. Particularmente, no contexto da separação de mineral do minério, a operação de controle de uma célula de flotação de espuma de acordo com as considerações de recuperação do gás minimiza a quantidade de ganga presente no concentrado, o que melhora o desempenho com respeito ao grau e à recuperação do concentrado.

É reconhecido, em comparação com as abordagens conhecidas onde somente uma faixa limitada de vazões do ar é testada, que a alteração da vazão do ar em uma célula de flotação de espuma tem um efeito não-insignificante na recuperação do concentrado da mesma. É reconhecido em particular que baixas vazões de ar resultam em um deslocamento lento de bolhas de gás para a superfície de uma espuma, o que pode causar o estouro das bolhas antes que elas alcancem a borda de transbordamento do vaso de flotação e que às baixas vazões de ar as bolhas podem ser sobrecarregadas com sólido e se desfazer sob o seu peso. A resultante das baixas vazões de ar é, portanto, em que menos partículas sólidas, tanto as partículas desejadas quanto as partículas indesejadas, são recuperadas por unidade de tempo. Portanto,

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7/23 embora o grau do concentrado seja incrementado de acordo com os métodos conhecidos que são focados nas baixas vazões de ar, a recuperação não é aumentada significativamente, ao contrário da presente invenção em que ambos o grau e a recuperação do concentrado são otimizados.

Devido ao fato que a vazão do ar na célula de flotação de espuma é variada de acordo com a recuperação do gás ela pode ser medida de maneira não-impertinente durante a operação da célula. Desse modo, é possível controlar a operação da célula de uma maneira inteiramente nãoimpertinente .

A recuperação do gás também pode ser deduzida ao amostrar o comportamento da espuma na célula, por exemplo, utilizando uma coluna de estabilidade de espuma. Desse modo, outra vez, é possível controlar a operação da célula de uma maneira não-impertinente.

Ao controlar a operação de um banco que compreende uma pluralidade de células de flotação de espuma em uma base de célula a célula utilizando o método de controle descrito acima, o desempenho incrementado pode ser obtido para cada célula e para o banco como um todo. Neste contexto, é relevante observar que o controle pode ser confinado a um grupo selecionado de células e não a todas as células no banco.

Similarmente, ao controlar uma usina ou um outro circuito de flotação que inclui uma pluralidade de bancos em uma base de banco a banco, em que cada célula em cada banco ou uma seleção das células em cada banco é controlada independentemente tal como descrito acima, o desempenho incrementado total do circuito pode ser obtido.

Um método direto e automatizável é, portanto, apresentado para controlar a operação de células de flotação de espuma e para melhorar o desempenho das células com o

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8/23 respeito ao grau e à recuperação dos minerais que são extraídos da mesma. Ao melhorar o grau e a recuperação do concentrado, a operação da usina pode ser mais eficiente e mais econômica.

As realizações da invenção serão descritas agora, a título de exemplo, com referência às figuras, das quais:

a Figura 1 mostra uma vista esquemática de uma realização de um circuito de flotação;

a Figura 2 mostra uma curva da recuperação do ar versus a vazão do ar para uma célula de flotação de espuma de acordo com uma realização da presente invenção;

a Figura 3 mostra uma curva do grau do concentrado versus a recuperação de mineral a três vazões de ar diferentes para uma célula de flotação de espuma de acordo com uma realização da presente invenção;

a Figura 4a mostra uma curva da recuperação do ar versus a vazão do ar tal como observado experimentalmente para duas células de flotação de espuma de acordo com uma realização da presente invenção;

a Figura 4b mostra uma curva da vazão do ar para três curvas do ar diferentes em um banco de cinco células de flotação de espuma de acordo com uma realização da presente invenção, incluindo as células indicadas na Figura 4a;

a Figura 4c mostra uma curva da recuperação do ar para cada curva do ar e em cada célula tal como indicado na Figura 4b;

a Figura 4d mostra uma curva da carga da bolha para cada curva do ar e em cada célula tal como indicado nas Figuras 4b e 4c; e a Figura 4e mostra uma curva do grau cumulativo e da recuperação cumulativa do concentrado para cada curva do ar e em cada célula tal como indicado nas Figuras 4b a 4d.

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Na visão geral, é apresentado um método para controlar uma operação de uma ou mais células de flotação de espuma. Em operação, o ar ou um outro gás de flotação apropriado (incluindo misturas de gases), tal como o nitrogênio, é introduzido em uma célula de flotação de espuma que contém uma pasta de um líquido e partículas sólidas de um minério (incluindo minerais que contêm o metal valioso a ser recuperado) a fim de criar uma espuma. O excesso da espuma da célula é então observado, a partir do qual a recuperação do ar (descrita acima em termos mais gerais como recuperação do gás) para a célula sob as presentes condições operacionais pode ser medida ou deduzida pelo método apropriado. A operação da célula é controlada ao variar o fluxo de ar de entrada a fim de maximizar a recuperação do ar.

Em um banco que compreende uma pluralidade de células de flotação de espuma, em uma realização a vazão do ar em cada célula é variada individualmente a fim de atingir a maximização da recuperação do ar para essa célula e, portanto, para o banco.

Em outro banco, embora não a única outra realização, a vazão do ar em uma seleção de células no banco é variada, em que cada célula é variada individualmente a fim de atingir a maximização da recuperação do ar para o banco.

Similarmente, em uma usina ou em um circuito que compreende uma pluralidade de bancos, cada banco é controlado independentemente dos outros.

O método é preferivelmente um processo de circuito fechado de modo que a variação da vazão do ar leva em consideração as condições operacionais flutuantes da célula de flotação de espuma, o que irá determinar a vazão precisa do ar que atinge a recuperação máxima do ar a qualquer momento. Ainda mais preferivelmente, apenas a maximização da

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10/23 recuperação do ar é levada em consideração quando é determinada a variação do fluxo de ar a ser implementada.

Com referência à Figura 1, o aparelho é mostrado geralmente como um circuito que tem um número de bancos ou sub-bancos, cada um deles incluindo uma pluralidade de células de flotação de espuma 100. Será apreciado que a disposição particular do circuito de flotação, os números das células 100 que compreendem cada banco ou sub-banco, e a configuração de fluxo das várias correntes, podem variar amplamente. Cada banco ou sub-banco de células pode incluir qualquer número ou arranjo de células 100, dependendo das condições práticas a serem obtidas. As células 100 são conectadas umas nas outras por qualquer meio conhecido, de modo que pelo menos alguns dos conteúdos de uma célula 100 podem ser canalizados para uma outra célula 100. A prática de flotação de espuma e o desenho de tais operações são conhecidos de um elemento versado na técnica e descritos em detalhes, por exemplo, em Will's Mineral Processing Technology, 7^a edição (Wills, B.A. and Napier-Munn, T.).

Uma mistura de duas ou mais substâncias pode ser adicionada a uma célula ou células de flotação de espuma para a separação, tanto onde uma substância desejada é extraída da espuma que transborda a célula quanto onde à espuma inclui substâncias indesejadas, de modo que uma substância desejada possa ser extraída da polpa que permanece na célula após a operação. No contexto da indústria de minerais, as substâncias são minerais que contêm metais em um minério que contém os minerais e ganga.

Na realização mostrada na Figura 1, o circuito de flotação inclui um banco de células desbastadoras 104 em que uma pasta de partida de minério e um líquido, tipicamente a água, é introduzida. A jusante do banco de desbastadores 104 é disposto um banco de desbastadores ou depuradores

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11/23 secundário 108 e um banco de limpadores 110. Opcionalmente, o circuito pode incluir mais de um banco ou sub-banco de desbastadores 104, depuradores 108 ou limpadores 110. Além disso, podem sr. incluídos ambos os limpadores 110 e relimpadores. De acordo com a realização tal como mostrado, ambos o limpador 110 e o depurador 108 incluem canais de realimentação para reintroduzir o material no desbastador 104 para processamento adicional.

Em operação, o minério do qual um mineral contendo metal desejado deve ser separado e então extraído é esmagado ao utilizar qualquer meio apropriado. O material esmagado é então alimentado em um triturador para ser moído ainda mais até um tamanho de partícula fino, por exemplo, um pó. O tamanho requerido de partícula em qualquer situação será dependente de uma gama de fatores, incluindo a minerologia, etc., e pode ser prontamente determinado. Depois da trituração, as partículas são tratadas quimicamente a fim de induzir as características de umectabilidade apropriadas do mineral desejado que deva ser separado e então extraído ao utilizar o processo de flotação. De acordo com uma realização preferida, as partículas são tratadas de modo que a superfície do mineral desejado seja hidrofóbica e aerofílica. Isto assegura que o mineral seja intensamente atraído para uma interface de ar tal como uma bolha de gás e que o ar ou um outro gás de flotação desloque prontamente a água na superfície do mineral desejado.

Todo material indesejado é preferivelmente tratado quimicamente de modo a ser hidrofílico. Os métodos para o tratamento químico das partículas são bem conhecidos, e desse modo não são aqui mais discutidos.

A fim de executar um processo de flotação de espuma e separar e extrair o mineral desejado, as partículas tratadas quimicamente são introduzidas como carga de partida

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12/23 em uma célula 100 em que a água ou um outro líquido estão

presentes.	As bolhas	do	ar	ou de um outro	gás	são
introduzidas então	na	pasta	de	partida/líquido a	uma	taxa
controlada	através	de	uma	ou	mais entradas de	gás	(não

mostrado). Tipicamente, o ar é alimentado na entrada ou entradas de gás da célula 100 através de um soprador ou um outro aparelho apropriado. Durante esta operação da célula 100, a pasta de partida se separa pelo menos parcialmente de modo que pelo menos uma parte das partículas hidrofóbicas do 10 mineral desejado adere às bolhas de gás, ao passo que as partículas hidrofílicas de material indesejado e, dependendo das condições na célula, algumas das partículas hidrofóbicas, irão permanecer no líquido.

A diferença na densidade entre as bolhas de gás e o 15 líquido dita que as bolhas se elevam até a superfície superior da pasta na célula 100, para ali criar uma espuma. A espuma contém bolhas e líquido que flui nos canais formados entre as bolhas. A espuma contém, portanto, ambas as partículas desejadas e as partículas indesejadas. A fim de 20 que as partículas desejadas sejam extraídas, as condições na célula 100 são controladas de modo que pelo menos uma parte da espuma transborde da célula 100. A espuma que transborda é removida da célula 100 ou então é introduzida em uma outra célula de flotação 100 e/ou forma um concentrado que inclui o 25 mineral desejado a ser recuperado da mesma. Os métodos de recuperação do concentrado de espuma e os métodos de extração de materiais valiosos de tal concentrado serão bem conhecidos, de maneira tal que uma discussão adicional sobre os mesmos não é fornecida.

Na realização mostrada na Figura 1, uma vez que a carga de partida tenha sido introduzida no desbastador 104, o desbastador 104 executa um processo de flotação de espuma tal como descrito acima. A espuma produzida pelo desbastador 104

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13/23 durante esse processo é canalizada para o limpador 110, ao passo que os refugos do desbastador 104 são introduzidos no depurador 108. O depurador 108 e o limpador 110 executam então um processo de flotação de espuma tal como descrito. A espuma produzida pelo depurador 108 e os refugos produzidos pelo limpador são reintroduzidos no desbastador 104 para processamento adicional. Os refugos do depurador 108 são então descartados, ao passo que a espuma proveniente do limpador 100 é colhida para a extração do concentrado final tal como descrito acima.

Uma gama de variáveis e de condições limite operacionais nas células de flotação de espuma 100 pode ser monitorada e controlada em uma tentativa de obter uma boa recuperação e um bom grau do concentrado extraído.

Os testes experimentais executados pelo requerente ao utilizar o ar como gás de flotação mostraram que, para uma célula de flotação individual, há um pico na recuperação do ar porque a vazão do ar na célula aumenta. Além disso, foi demonstrado que a estabilidade ideal da espuma é obtida sob as condições em que há um pico na recuperação do ar, o que resulta no desempenho incrementado da célula de flotação.

O presente método utiliza estas características operacionais a fim de otimizar o desempenho de um banco de células.

De acordo com o presente método, portanto, a condição limite chave que é controlada é a recuperação do ar, e particularmente a recuperação do ar de cada célula de flotação 100 individual no circuito de flotação.

A recuperação do ar pode ser calculada a partir de qualquer uma ou mais das seguintes medições: a altura da espuma que transborda de uma célula de flotação obtida, por exemplo, ao medir a altura da marca da maré em uma superfície vertical escalada perpendicular à borda de transbordamento; a

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14/23 velocidade da espuma que transborda da célula, obtida através da análise da imagem de uma célula de flotação em operação; o comprimento ou o perímetro da célula da qual a espuma transborda conhecidos do usuário a partir de medições da usina; e a vazão do ar na célula, que é controlada pelo usuário. Cada uma destas medições pode, portanto, ser predeterminada pelo usuário ou pode ser calculada ao utilizar a análise da imagem. Em consequência disto, a recuperação do ar pode ser monitorada, medida e não-intrusiva, sem tocar na espuma controlada de uma maneira ou em outros conteúdos da célula de flotação. Os métodos de análise da imagem a serem utilizados e os cálculos envolvidos serão conhecidos de um elemento versado na técnica e podem ser encontrados, por exemplo, em Barbian acima mencionado.

Nenhum detalhe adicional neste ponto é, portanto, fornecido. Como uma alternativa à medição da recuperação do ar diretamente tal como descrito acima, a recuperação do ar pode ser derivada ou deduzida ao utilizar, por exemplo, uma coluna de estabilidade de espuma.

De acordo com uma realização do método, como uma primeira etapa a recuperação do ar em uma primeira célula de um banco é medida em uma faixa de vazões do ar de entrada. Se a célula já estiver operacional, a primeira vazão do ar para a qual uma medição é feita é a vazão tal como encontrada. Se a célula estiver sendo configurada pela primeira vez, a vazão do ar em que a recuperação do ar é medida pela primeira vez será estimada pelo usuário de acordo com o seu conhecimento da usina e o processo de flotação a ser executado. Medições suficientes são executadas a fim de encontrar a vazão do ar à qual é encontrado o pico na recuperação do ar, e desse modo o pico na estabilidade. A primeira célula é então calibrada para operar o tempo todo à vazão do ar que atinge a recuperação de pico do ar para essa

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15/23 célula. Deve ser apreciado que as condições em uma célula de flotação, por exemplo, a temperatura, a pressão, a composição química e a qualidade das partículas de minério introduzidas na célula, mudam continuamente durante a operação da célula. Consequentemente, o processo de calibração pode ser executado para uma gama de condições operacionais e a vazão do ar requerida selecionada dependendo das condições, por exemplo, de uma tabela de consulta. Alternativa ou adicionalmente, o controle da célula pode ser um processo de circuito fechado, monitorando continuamente a recuperação do ar de modo que a vazão do ar possa ser ajustada para prover um pico na recuperação do ar em qualquer momento, com base nas condições operacionais atuais. A recuperação do ar pode ser calculada contínua ou periodicamente.

A fim de otimizar o desempenho de um banco de células, uma abordagem integrada pode ser adotada em que cada célula é calibrada individualmente para operar à vazão do ar que atinge a recuperação de pico do ar para essa célula a qualquer momento tal como descrito acima. A vazão do ar é, portanto, controlada separadamente para cada célula, independentemente da curva do ar nos bancos que resulta daí. Cada tipo de banco ou sub-banco de células de flotação desbastadores 104, depuradores 108 e limpadores 110 - opera ao utilizar uma técnica de flotação de espuma similar e, portanto, cada uma destes tipos de célula pode ser individualmente calibrada e/ou controlado para atingir a recuperação de pico do ar para essa célula. A otimização não fica restringida desse modo à primeira célula em um banco ou a um tipo particular de banco, mas, ao invés disto, o desempenho é otimizado por todo um circuito de flotação ao utilizar a recuperação do ar por célula como parâmetro de controle. Em particular ao controlar e maximizar a recuperação do ar para cada célula individual, as diferenças

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16/23 observadas na recuperação do ar para uma vazão de ar comum entre as células em um banco ou um sub-banco podem ser acomodados.

O desempenho incrementado que pode ser obtido ao utilizar o método descrito acima e particularmente à relação entre a recuperação do ar e o desempenho pode ser compreendido em mais detalhes com respeito às Figuras 2 e 3. O elemento versado na técnica irá apreciar que as espumas de flotação são estabilizadas pelas partículas hidrofóbicas. A quantidade de partículas que ficam carregadas nas bolhas é um fator importante na estabilidade da espuma e irá depender da vazão do ar de entrada. O pico na recuperação do ar é, portanto, devido ao equilíbrio da carga nas bolhas para estabilizar as mesmas (que diminui geralmente com taxa de ar crescente), e à velocidade do fluxo para a borda de transbordamento da célula de flotação (que aumenta geralmente com a taxa de ar crescente, até que a recuperação do ar seja demasiadamente baixa porque as bolhas estouram de uma maneira demasiadamente rápida).

Com referência aos pontos numerados na Figura 2, a relação entre a recuperação do ar e a vazão do ar é explicada tal como segue:

1. A baixas vazões do ar, as bolhas são carregadas pesadamente, uma vez que a relação entre as partículas hidrofóbicas e a área de superfície da bolha é relativamente baixa. Isto impede a coalescência e o estouro. Devido ao fato que a vazão do ar é baixa, na espuma as bolhas também se deslocam lentamente e, portanto, coalescem e estouram devido ao longo tempo antes que alcancem a borda de transbordamento da célula, resultando em uma baixa recuperação do ar. As baixas vazões do ar podem resultar em cargas de partículas pesadas tais que a espuma se desfaz sob o seu próprio peso, também diminuindo a recuperação do ar.

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2. À medida que a vazão do ar para a célula é aumentada, a carga de partículas nas bolhas diminui, mas permanece suficientemente alta para estabilizar as bolhas. A espuma agora também está fluindo mais rapidamente e as bolhas alcançam a borda antes de estourar, resultando em uma fração aumentada do ar que transborda o vertedouro (alta recuperação do ar).

3. Se a vazão do ar for aumentada ainda mais, a relação entre as partículas e as bolhas fica muito baixa, a carga das partículas nas bolhas é baixa, reduzindo a sua estabilidade, e as bolhas estouram rapidamente (baixa recuperação do ar).

A relação entre a recuperação do ar e a taxa de ar pode agora ser compreendida. Tal como descrito acima, o desempenho da flotação é um equilíbrio entre a recuperação do concentrado e o grau do concentrado. Cada uma destas medições características é elevada quando o desempenho de uma célula de flotação se encontra em seu pico. Na operação de uma célula de flotação, a maior parte das partículas sólidas desejadas incorpora a espuma unida às bolhas. No entanto, a maior parte se destaca é arrastada no líquido que flui nos canais entre as bolhas antes de alcançar a borda da célula. Os sólidos indesejados entram na espuma pelo arrasto no líquido que flui nos canais entre as bolhas. A recuperação de ambos os sólidos arrastados e daqueles ainda unidos às bolhas é aumentada, portanto, por mais bolhas transbordando da borda, o que é aumentado por taxas de ar elevadas e pela alta recuperação do ar. Em consequência disto, a otimização do desempenho de uma célula de flotação tal como obtido no método descrito é devida a um aumento na extração de sólidos desejados uma vez que a recuperação do ar aumenta balanceada com um aumento limitado de sólidos indesejados arrastados porque a vazão do ar não é aumentada significativamente na

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18/23 faixa operacional correspondente. Com referência aos pontos numerados na Figura 3, que correspondem à vazão do ar e aos pontos de recuperação do ar na Figura 2, esta relação entre o desempenho ideal e a recuperação do ar pode ser compreendida em mais detalhes tal como segue:

1. A baixas vazões do ar há uma baixa recuperação mineral desejada devido à baixa recuperação do ar. Um grau elevado é obtido devido ao baixo arrasto de sólidos indesejados como consequência das taxas de ar baixas e da baixa recuperação do ar.

2. À medida que a vazão do ar para a célula é aumentada na direção do pico na recuperação do ar, a recuperação de mineral aumenta á medida que o fluxo das bolhas sobre a borda aumenta com uma alta recuperação do ar acompanhante. O grau de concentrado diminui um pouco devido a um aumento no arrasto causado por uma taxa de ar mais elevada e pela alta recuperação do ar. Esta diminuição é relativamente pequena, uma vez que a vazão do ar ainda é suficientemente baixa para limitar o arrasto de sólidos indesejados.

3. Se a vazão do ar for aumentada bem além do pico na recuperação do ar, a recuperação dos sólidos desejados é desacelerada em consequência da recuperação mais baixa do ar. O grau de concentrado também diminui, agora significativamente, por causa da taxa de ar elevada que causa um grau elevado de arrasto de sólidos indesejados.

Testes experimentais foram empregados pelo requerente para investigar esta teoria e para mostrar que a mudança entre a utilização de métodos conhecidos de controle da operação de células de flotação de espuma e a utilização do presente método aumenta ambos o grau e a recuperação do concentrado recuperado, em uma base de célula individual e em uma base de banco cumulativo.

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As

Figuras 4a a 4e mostram os resultados de tal experiência realizada pelo requerente em um circuito de flotação de espuma operacional existente que compreende uma pluralidade de células desbastadoras, depuradoras limpadoras.

experiência compreendeu um banco de desbastadores que compreende cinco células, etiquetadas de A a E, sendo utilizado para obter a platina de minério.

método empregado compreendeu a medição da recuperação do ar para as primeiras duas células no banco em uma faixa de vazões do ar a fim de encontrar o pico na estabilidade para cada célula.

Esta informação foi então utilizada para fazer pesquisas no banco na curva de ar tal como encontrado e em outras curvas do ar, incluindo aquela que fornece o pico na estabilidade para o banco.

A Figura 4a mostra a recuperação do ar versus vazão do ar para as células A e B no banco de desbastadores testado.

Pode ser observado que, para cada uma destas células, há um pico na recuperação do ar, que é conhecido como correspondendo a um pico na estabilidade, e que a vazão do ar à qual o pico ocorre é diferente para cada célula. Para ambas as células, a recuperação do ar diminui significativamente à medida que a vazão do ar aumentada se afastando do pico. O pico de recuperação do ar não foi medido realmente para as células C a E.

Preferivelmente, os resultados obtidos para as células A e

B foi utilizado para se aproximar de uma curva do ar de pico na estabilidade para o banco, tal como mostrado na Figura 4b.

A Figura 4b mostra três curvas do ar diferentes para as quais as pesquisas foram feitas no banco de cinco células. Além da medição do desempenho nas curvas tal como encontrado e de pico na estabilidade, o desempenho foi medido para uma curva de aumento por etapa em que a vazão do ar era baixa (menor ou igual à vazão do ar de pico na

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20/23 estabilidade) e constante para cada uma das células A e B e era alta (maior do que a vazão do ar de pico na estabilidade) e constante para cada uma das células C a E, com um aumento por etapa na vazão do ar entre as células B e C. Tal como mostrado na Figura 4c, a recuperação do ar em cada célula foi medida para cada uma das três curvas do ar. A carga da bolha para cada uma das três curvas do ar também foi medida, tal como mostrado na Figura 4d. Finalmente, o grau cumulativo e a recuperação cumulativa do concentrado recuperado foram medidos para cada uma das três curvas do ar, tal como mostrado na Figura 4e.

A Figura 4c demonstra que até mesmo com a vazão do ar para as células C a E sendo aproximada ao invés de ser otimizada com precisão, a curva do ar de pico na estabilidade resultou na recuperação mais elevada do ar para cada uma das células A a E. A carga da bolha era elevada para as células A e B na curva de aumento por etapa, no entanto, era muito baixa para as células C a E nessa curva. Na curva de pico na estabilidade, a carga da bolha foi aumentada a partir da curva tal como encontrado para as células A e B. A carga da bolha para as células C a E na curva de pico na estabilidade era aproximadamente igual a ou ligeiramente menor do que aquela para a curva tal como encontrado . No entanto, a carga da bolha nas células C a E era significativamente mais elevada na curva de pico na estabilidade do que na curva de aumento por etapa.

Tal como mostrado na Figura 4e, a curva de pico na estabilidade produziu um grau cumulativo mais elevado e uma recuperação cumulativa mais elevada do que cada uma das duas outras curvas. Comparando os resultados para a curva de aumento por etapa para a curva de pico na estabilidade, a teoria tal como descrito acima com relação às Figuras 2 e 3 é demonstrada na prática:

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As primeiras duas células na curva de aumento por etapa têm uma elevada carga de bolha; portanto, elas produzem um concentrado de elevado grau cumulativo. No entanto, por causa de suas baixas vazões do ar, estas células operam a uma baixa recuperação do ar, o que resulta em uma baixa recuperação da platina. As últimas três células na curva de aumento por etapa têm uma baixa carga de bolha e desse modo produzem um concentrado de grau baixo. Estas células também operam a uma elevada vazão do ar; portanto, elas têm uma baixa recuperação do ar e uma baixa recuperação de platina cumulativa resultante. Por outro lado, cada uma das células A a E na curva de pico na estabilidade opera a uma recuperação do ar elevada ou máxima, portanto, elas produzem uma elevada recuperação cumulativa da platina. Além disso, devido ao fato que a vazão do ar é relativamente baixa e, portanto, a carga da bolha é relativamente alta na curva de pico na estabilidade, pelo menos para as células A e B, um bom grau de concentrado é obtido. É previsto que, se cada uma das células C a E for individualmente medida e maximizada com respeito à recuperação do ar, a curva resultante do ar deve resultar em uma recuperação cumulativa ainda melhor do que aquela que foi mostrada nessa experiência, sem comprometer o grau cumulativo obtido.

O método de acordo com as realizações da presente invenção permite desse modo que as células individuais em um banco sejam calibradas e/ou controladas individualmente a fim de maximizar a recuperação do ar e obter desse modo o melhor desempenho dessa célula, e também resulta em um desempenho cumulativo significativamente incrementado de um banco de células. Deve ser apreciado que, em uma realização preferida, a operação de cada célula de flotação em um banco, usina ou um outro circuito de células será otimizada ao utilizar a maximização da recuperação do ar, no entanto, é possível

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22/23 maximizar a recuperação do ar para qualquer número de células dentro de um circuito a fim de incrementar o grau e a recuperação cumulativos do concentrado daí extraído.

Utilizando a recuperação do ar como parâmetro de controle, o método permite que uma quantidade aumentada de sólidos desejados seja extraída das partículas ou de outro material que é alimentado em uma célula de flotação, enquanto que ao mesmo tempo limita a quantidade de sólidos indesejados extraídos da célula. Utilizando esta abordagem de minimização da quantidade de material indesejado extraído, atinge o desempenho incrementado com respeito ao o método grau e a recuperação do sólido desejado, em comparação aos processos conhecidos que se concentram na obtenção de proporções elevadas de material desejado e em consequência disto apenas otimizam no máximo um ou outro dentre o grau e a recuperação.

método de acordo com as realizações da presente invenção pode ser executado diretamente, uma vez que ele utiliza somente as medições conhecidas e as medições que podem ser obtidas partir da análise da imagem de uma célula de flotação em operação.

Nenhum cálculo complicado requerido a fim de calibrar as células de flotação.

Em consequência disto, o método pode ser utilizado para solução de problemas e como uma ferramenta de otimização para a melhoria do desempenho da flotação. Também há um potencial para o uso no controle de circuito fechado.

Além disso, os testes de recuperação do ar tal como descrito podem ser utilizados como um método rápido e confiável para projetar um programa experimental.

Um programa de controle pode ser projetado a fim de controlar a operação de uma usina ou banco de células de flotação de espuma de acordo com o método descrito acima. Particularmente, um programa implementável por computador pode ser projetado para controlar a operação de uma usina ou

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23/23 banco de células de flotação de espuma, em que a vazão do ar em cada célula individual é variada a fim de obter a recuperação ideal do ar dessa célula por toda a operação, sob quaisquer condições operacionais. Também é possível determinar a solução que este controle atinge para uma usina ou um banco particular para um ou mais conjuntos predeterminados de condições operacionais, e gravar esta solução em uma mídia que pode ser lida por computador, para a execução na usina ou no banco.

Os métodos acima descritos foram dirigidos principalmente à extração de mineral do minério, no entanto, deve ser apreciado que os métodos de controle e calibração podem ser utilizados em qualquer processo de flotação de espuma. Os exemplos incluem a remoção de tinta do papel, em que é a tinta indesejada que é removida através da espuma, e o papel desejado permanece na polpa na célula de flotação. O presente método também pode ser utilizado para a calibração e o controle de células de flotação de espuma para a separação de proteína, a separação molecular e a separação de resíduos.

Claims

1. MÉTODO DE CONTROLE DA OPERAÇÃO DE UMA CÉLULA DE

FLOTAÇÃO POR ESPUMA PARA SEPARAR SUBSTÂNCIAS, caracterizado por compreender:

a introdução do gás no líquido na célula e a criação de uma espuma, controle da célula por um processo de circuito fechado, referido processo de circuito fechado compreendendo a etapa de monitorar continuamente uma recuperação do gas para a célula com base nas condições operacionais atuais da célula monitorando o fluxo excessivo de espuma da célula e derivando da recuperação do gás para a célula em operação, o processo de circuito fechado que compreende ainda a etapa de controle da taxa de vazão do gás na célula a fim de maximizar a recuperação do gás para a célula.

2. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender o monitoramento do transbordamento de espuma da célula e a derivação da recuperação do gás para a célula na operação.

3. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por compreender o monitoramento da recuperação do gás de entrada que é compreendido na espuma que excede a célula.

4. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender a amostragem do comportamento da espuma na célula e a derivação da recuperação do gás da amostragem.

5. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado em que a amostragem é executada utilizando uma coluna de estabilidade de espuma.

6. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por compreender

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2/3 adicionalmente a adição de uma mistura que inclui ambas a substância desejada a ser recuperada e a substância

indesejada a ser descartada na célula , em que a célula é operável para executar pelo menos a separação parcial da mistura. 7. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pela mistura incluir o fluxo excessivo de espuma de uma célula de flotação por espuma. 8. MÉTODO, de acordo com qualquer uma das

reivindicações 1 a 7, caracterizado pelas substâncias serem contidas em um minério e o minério contém minerais a serem separados do restante do minério, e o dito método compreende a aplicação de uma pasta do minério e um líquido à célula, a introdução do gás no líquido na célula e a criação de uma espuma e o controle da taxa de vazão do gás na célula a fim de maximizar a recuperação do gás para a célula.

9. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir o controle individual de células.

10. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por incluir o controle da célula.

11. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por incluir a operação individual das células.

12. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir a adição da dita mistura a uma célula de flotação por espuma, a operação da célula sendo realizada pelo método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 11, obtendo a substância da espuma que satura a célula durante a operação.

13. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por incluir a adição da dita mistura a uma célula, um banco ou uma usina de flotação por espuma, a operação da célula, do banco ou da usina sendo realizada pelo método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações

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1 a 12, obtendo a substância que permanece na célula de flotação por espuma, no banco ou na usina depois da operação.

14. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender: a derivação da recuperação de gás para a célula na operação; a determinação de uma vazão do gás de entrada que maximiza a recuperação do gás sob pelo menos um conjunto de condições operacionais conhecidas; e a computação da vazão do gás de entrada ou da estratégia da vazão para maximizar a recuperação do gás.

15. MÍDIA QUE PODE SER LIDA POR COMPUTADOR, caracterizada por armazenar um conjunto de instruções para implementar o processo de elaboração do método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.

16. MÍDIA QUE PODE SER LIDA POR COMPUTADOR, caracterizada por servir para controlar uma célula de flotação por espuma pelo método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.

17. CÉLULA DE FLOTAÇÃO POR ESPUMA, caracterizada por incluir uma entrada de gás para introduzir o gás no liquido na célula, um monitor para monitorar o fluxo excessivo de espuma da célula para calcular a recuperação de gás do gás da entrada na espuma que satura a célula no uso da célula, e um controlador para variar a vazão do gás na célula para maximizar a recuperação do gás.

18. SUBSTÂNCIA, caracterizada por ser recuperada da espuma que transborda de uma célula de flotação por espuma, ou do líquido retido na célula, em que a dita célula de flotação por espuma é controlada pelo método, conforme definido em qualquer uma das reivindicações 1 a 14.