IsaMill - IsaMill
O IsaMill é um moinho da indústria mineral com eficiência energética que foi desenvolvido conjuntamente na década de 1990 pela Mount Isa Mines Limited ("MIM", uma subsidiária da MIM Holdings Limited e agora parte do grupo de empresas Glencore Xstrata ) e Netzsch Feinmahltechnik (" Netzsch "), um fabricante alemão de moinhos de esferas. O IsaMill é conhecido principalmente por suas aplicações de moagem ultrafina na indústria de mineração, mas também está sendo usado como um meio mais eficiente de moagem grossa. No final de 2008, mais de 70% da capacidade instalada do IsaMill era para aplicações convencionais de reafiação ou moagem convencional (em oposição à moagem ultrafina), com tamanhos de produto alvo variando de 25 a 60 µm .
Introdução
Enquanto a maioria da moagem na indústria mineral é obtida usando dispositivos contendo um meio de moagem de aço, o IsaMill usa meio de moagem inerte, como areia de sílica , escória residual de fundição ou bolas de cerâmica. O uso de meio de moagem de aço pode causar problemas nos processos de flotação subsequentes que são usados para separar os vários minerais em um minério, porque o ferro do meio de moagem pode afetar as propriedades de superfície dos minerais e reduzir a eficácia da separação. O IsaMill evita esses problemas de desempenho relacionados à contaminação por meio do uso de um meio de moagem inerte.
Usado pela primeira vez no concentrador de chumbo - zinco Mount Isa em 1994, em maio de 2013 havia 121 instalações IsaMill listadas em 20 países, onde eram usadas por 40 empresas diferentes.
Princípios Operacionais IsaMill
O IsaMill é um moinho de moagem de meio agitado, no qual o meio de moagem e o minério que está sendo moído são agitados em vez de serem submetidos à ação de tombamento de moinhos antigos de alto rendimento (como moinhos de bolas e moinhos de barras ). Os moinhos agitados geralmente consistem em agitadores montados em um eixo giratório localizado ao longo do eixo central do moinho. A câmara de mistura é preenchida com o meio de moagem (normalmente areia, escória de fundição ou grânulos de cerâmica ou aço) e uma suspensão de água e partículas de minério, referida na indústria de minerais como uma pasta . Em contraste, moinhos de bolas, moinhos de barras e outros moinhos de tambor são apenas parcialmente preenchidos com o meio de moagem e o minério.
Em moinhos de meio agitado, os agitadores colocam o conteúdo da câmara de mistura em movimento, causando colisões intensas entre o meio de moagem e as partículas de minério e entre as próprias partículas de minério. A ação de moagem é por atrito e abrasão, em que partículas muito finas são lascadas das superfícies de partículas maiores, ao invés de quebra por impacto. Isso resulta na geração de partículas finas com maior eficiência energética do que os moinhos de tambor. Por exemplo, moer um concentrado de pirita de modo que 80% das partículas tenham menos de 12 µm (0,012 mm) consome mais de 120 quilowatts-hora por tonelada (kWh / t) de minério em um moinho de bolas usando bolas de 9 mm, mas apenas 40 kWh / t em um IsaMill usando um meio de moagem de 2 mm.
O IsaMill geralmente consiste em uma série de oito discos montados em um eixo giratório dentro de um invólucro cilíndrico (veja a Figura 2). O moinho é 70-80% preenchido com o meio de moagem e é operado sob uma pressão de 100 a 200 quilopascais . Os discos contêm ranhuras para permitir que a polpa de minério passe da extremidade de alimentação para a extremidade de descarga (consulte a Figura 3). A área entre cada disco é efetivamente uma câmara de moagem individual, e o meio de moagem é colocado em movimento pela rotação dos discos, que aceleram o meio em direção à casca. Esta ação é mais pronunciada perto dos discos. O meio flui de volta para o eixo na zona próxima ao ponto médio entre os discos, criando uma circulação do meio de trituração entre cada par de discos, conforme mostrado na Figura 4.
O tempo médio de residência do minério na usina é de 30 a 60 segundos. Há um curto-circuito insignificante da zona de moagem pela alimentação, como resultado de ter várias câmaras de moagem em série.
O produto moído é separado do meio de moagem na extremidade de descarga do moinho. Isso é obtido sem o uso de telas , usando um separador de produto patenteado que consiste em um rotor e um corpo de deslocamento (consulte a Figura 2 e a Figura 4). A distância relativamente curta entre o último disco resulta em uma ação centrífuga que força as partículas grossas em direção à carcaça do moinho, de onde elas fluem de volta para a extremidade de alimentação. Esta ação retém o meio de moagem dentro do moinho.
O separador de produto é uma parte muito importante do design IsaMill. Isso evita a necessidade de usar telas para separar o meio de moagem das partículas moídas. O uso de telas tornaria as fábricas de alta manutenção, pois estariam sujeitas a entupimentos, necessitando de paradas frequentes para limpeza.
As partículas finas não são tão suscetíveis às forças centrífugas e ficam mais próximas do centro do moinho, onde são descarregadas pelo corpo de deslocamento a uma taxa igual à taxa de alimentação do moinho.
O design do IsaMill resulta em uma distribuição nítida do tamanho do produto, o que significa que o IsaMill pode operar em circuito aberto (ou seja, sem a necessidade de uma separação externa das partículas descarregadas em telas ou hidrociclones para permitir que o produto de tamanho maior grosso retorne para o moinho para uma segunda passagem). Isso também significa que há menos moagem excessiva na extremidade mais fina da distribuição de tamanho, como ocorre durante a operação de moinhos de torre.
História do IsaMill
A força motriz para o desenvolvimento do IsaMill
O desenvolvimento do IsaMill foi impulsionado pelo desejo da MIM Holdings de desenvolver seu depósito de chumbo-zinco no Rio McArthur no Território do Norte da Austrália e pela necessidade de moagem mais fina em seu concentrador de chumbo-zinco Mount Isa.
Os grãos minerais no depósito do rio McArthur eram muito mais finos do que os das minas em operação. O trabalho de teste mostrou que seria necessário moer parte do minério de modo que 80% das partículas moídas fossem menores que 7 µm (0,007 mm) se um concentrado vendável de minerais mistos de chumbo e zinco (referido como um "concentrado a granel ") deviam ser produzidos.
Ao mesmo tempo, o tamanho do grão mineral do minério de chumbo-zinco extraído e processado em Mount Isa estava diminuindo, tornando mais difícil separar os minerais de chumbo e zinco. A liberação de grãos de esfalerita (sulfeto de zinco) caiu de mais de 70% para pouco mais de 50% entre 1984 e 1991. Como resultado, o concentrador de chumbo-zinco Mount Isa foi forçado a produzir um concentrado a granel do início de 1986 até o final de 1996 Os concentrados a granel não podem ser tratados em fundições eletrolíticas de zinco , devido ao seu teor de chumbo, e são normalmente tratados em altos-fornos usando o Processo Imperial de Fundição . O processo de fundição imperial tem custos operacionais mais altos do que o processo eletrolítico de zinco mais comum e, portanto, o pagamento recebido pelos produtores de concentrado a granel é menor do que o recebido por concentrados separados de chumbo e zinco. O zinco no concentrado a granel de Mount Isa valia eventualmente menos da metade do zinco no concentrado de zinco.
Essas questões forneceram um grande incentivo para a MIM moer seus minérios mais finos. Metalúrgicos MIM realizaram trabalho de teste de moagem fina em amostras de ambos os depósitos usando tecnologias de moagem convencionais entre 1975 e 1985. No entanto, verificou-se que a moagem convencional tinha um consumo de energia muito alto e que a contaminação da superfície mineral pelo ferro do meio de moagem de aço afetou negativamente o desempenho de flotação. Concluiu-se em 1990 que não havia tecnologia adequada para a retificação de tamanhos finos na indústria de metais básicos. Consequentemente, o chefe de pesquisa de processamento mineral da Mount Isa, Dr. Bill Johnson, começou a estudar as práticas de moagem fora da indústria de mineração. Ele descobriu que a moagem fina estava bem estabelecida para produtos manufaturados de alto valor como tintas de impressão, produtos farmacêuticos, pigmentos de tinta e chocolate.
Trabalho de desenvolvimento inicial do IsaMill
A MIM decidiu trabalhar com a Netzsch, que era pioneira na área de moagem fina e ainda líder. O trabalho de teste foi realizado usando um dos moinhos de esferas horizontais da Netzsch. Isso mostrou que tal moinho poderia atingir o tamanho de moagem necessário. No entanto, os moinhos usados nessas indústrias eram usados em pequena escala e geralmente eram operações em lote. Eles usaram meios de moagem caros que freqüentemente precisavam ser removidos, peneirados e substituídos para que os moinhos continuassem a operar corretamente. O meio de moagem tradicional consistia em grânulos de sílica-alumina-zircônio que, naquela época, custavam cerca de US $ 25 por quilo ("kg") e duravam apenas algumas centenas de horas. Esse meio de moagem de alto custo e vida curta não seria econômico em uma indústria que processa centenas de toneladas de minério por hora.
O trabalho de teste subsequente se concentrou em encontrar um meio de moagem mais barato que pudesse tornar o moinho de esferas viável para o processamento mineral. Este trabalho incluiu o uso de grânulos de vidro (cerca de US $ 4 / kg) e areia de rio peneirada (cerca de US $ 0,10 / kg) antes de se descobrir que os grânulos redondos produzidos pela granulação de escória de forno reverberatório da fundição de cobre de Mount Isa constituíam um meio de moagem ideal.
Como resultado do sucesso dos testes de laboratório, um moinho em grande escala foi testado na planta de flotação piloto do MIM. Verificou-se que o laminador padrão sofreu uma taxa de desgaste muito alta, com os discos sendo severamente desgastados em 12 horas.
Os esforços de desenvolvimento da MIM se concentraram em encontrar um revestimento que pudesse suportar o desgaste e no projeto de um separador que reteria o meio de moagem de tamanho grande dentro do moinho, permitindo a saída da polpa de minério fino.
Comercialização inicial (1994-2002)
Com o desenvolvimento do separador de produto e mudanças para reduzir a taxa de desgaste do moinho, os dois primeiros IsaMills em escala real foram colocados em produção no concentrador de chumbo-zinco Mount Isa em 1994. Com volumes de 3.000 litros ("L"), eles eram seis vezes maiores do que o maior moinho padrão anteriormente produzido pela Netzsch. Eles tinham um tamanho de motor de 1120 kW e permitiram que o novo design e meio de moagem fossem testados em escala comercial. Este modelo do IsaMill foi denominado "M3000".
Esta foi a primeira aplicação de moinhos de agitação na indústria de mineração de metais.
O desenvolvimento do IsaMill deu ao Conselho de Administração da MIM Holdings a confiança para autorizar a construção da mina e concentrador McArthur River. Os próximos quatro IsaMills M3000 foram instalados no concentrador McArthur River em 1995.
Os primeiros moinhos instalados em Mount Isa e McArthur River inicialmente operavam com seis discos. O número foi aumentado primeiro para sete discos e, finalmente, para os oito discos que agora são padrão.
Os IsaMills em escala real permitiram que a MIM refinasse o projeto do moinho para permitir uma maior facilidade de manutenção. Por exemplo, o design da casca foi alterado para permitir que se dividisse ao longo da linha central horizontal (consulte a Figura 5). Isso foi feito para permitir o uso de um forro deslizante substituível, evitando a necessidade de o invólucro ser enviado para o forro de borracha fria e a necessidade de ter um estoque de invólucros forrados sobressalentes. Além disso, a direção do fluxo de alimentação através do moinho foi invertida, porque a maior parte do desgaste do disco ocorreu na extremidade de alimentação, que estava inicialmente na extremidade de acionamento do moinho. Ao alterar a extremidade de alimentação para aquela oposta à extremidade de acionamento, os discos que exigiram substituição mais frequente foram os primeiros a serem removidos do eixo, e não os últimos (consulte a Figura 6 e a Figura 7).
Enquanto os IsaMills em Mount Isa foram operados usando escória de forno reverberatório de fundição de cobre filtrada como meio de moagem, aqueles em McArthur River usaram finos de moagem primária como meio de moagem durante os primeiros sete anos de operação e, em 2004, passaram a usar areia de rio protegida.
A primeira venda fora do grupo MIM Holdings também ocorreu em 1995, com a venda de três "M1000" IsaMills menores para a Kemira para moer sulfato de cálcio em uma de suas operações na Finlândia.
Um quinto M3000 IsaMill foi instalado no concentrador McArthur River em 1998 e mais seis no concentrador de chumbo-zinco Mount Isa em 1999.
A instalação dos IsaMills em Mount Isa, junto com algumas outras modificações no concentrador de chumbo-zinco, permitiu que a MIM parasse de produzir o concentrado a granel de baixo valor em 1996. Os IsaMills possibilitaram o desenvolvimento da mina McArthur River.
As primeiras vendas para organizações externas dos moinhos M3000 foram para Kalgoorlie Consolidated Gold Mines Pty Ltd ("KCGM"), o maior produtor de ouro da Austrália e uma joint venture da Newmont Australia Pty Ltd e Barrick Australia Pacific que opera o ouro "super pit" Kalgoorlie mina na Austrália Ocidental e Gidji Roaster, ao norte de Kalgoorlie. O primeiro dos dois IsaMills comprados pela KCGM foi comissionado na torrefadora Gidji em fevereiro de 2001 para complementar a capacidade de tratamento da torrefadora. Uma mudança no tipo de minério resultou em um aumento em seu teor de enxofre, que por sua vez aumentou a massa de concentrado de sulfeto produzida, tornando os dois torrefadores Lurgi um gargalo no processo de produção de ouro. Estudos realizados por metalúrgicos KCGM mostraram que a moagem ultrafina era uma alternativa à torrefação como um método de destravar ouro fino que não poderia ser recuperado sem tratamento adicional (o chamado "ouro refratário"), mas até o desenvolvimento do IsaMill, não havia método econômico de moagem ultrafina disponível.
Em 2015, a KCGM concluiu o comissionamento de uma unidade M6000 maior na torrefadora Gidgi e foi capaz de descomissionar posteriormente as duas torrefadoras Lurgi. Uma ligeira diminuição na recuperação de ouro foi mais do que compensada pelo aumento da disponibilidade, com a operação da planta de Gidgi não sendo mais restrita pelos requisitos de controle de qualidade do ar. A remoção dos torrefadores foi concluída no início de 2017, embora a pilha impressionante ainda permaneça como um marco.
O IsaMill se torna global (2003–)
O desenvolvimento inicial do IsaMill foi impulsionado por problemas encontrados no tratamento dos corpos de minério de chumbo-zinco da MIM. O próximo grande salto foi impulsionado por problemas experimentados pelos produtores de platina da África do Sul, impulsionando o desenvolvimento de fábricas maiores e iniciando a penetração global da tecnologia.
Por volta do início do século 21, as empresas de mineração de platina sul-africanas estavam minerando quantidades crescentes de minério de platina mais difícil, resultando na redução das recuperações dos metais do grupo da platina para se concentrar e aumentando as quantidades de cromita, o que afeta negativamente o desempenho da fundição. Esses problemas levaram a indústria a investigar o potencial de novos desenvolvimentos na moagem de meio agitado.
O pioneiro na área foi a Lonmin, que comprou um M3000 IsaMill em 2002. A Anglo Platinum, que tinha na época 20 concentradores em operação ao redor do complexo Bushveld, seguiu em 2003 com a compra de um M250 IsaMill menor para teste em seu piloto de Rustenburg plantar. Depois de fazer o trabalho de teste, a Anglo Platinum decidiu usar uma versão ampliada do IsaMill em seu projeto Western Limb Tailings Retreatment ("WLTR"). Trabalhou com a Xstrata Technology, então detentora dos direitos de comercialização, e a Netzsch para desenvolver o M10000 IsaMill, que tinha um volume de 10.000 L e, na época, um drive de 2.600 kW. O moinho usava sílica, triturada e peneirada, como meio de moagem.
A nova fábrica foi inaugurada no final de 2003 e atendeu às expectativas de desempenho da Anglo Platinum, incluindo aumento de escala quase perfeito. Ele tinha custos operacionais mais baixos do que a unidade M3000 menor instalada em uma função semelhante na operação da Lonmin.
Como a mina McArthur River antes dela, o projeto WLTR só foi possível devido às vantagens conferidas pela tecnologia IsaMill.
O sucesso da unidade M10000 encorajou a Anglo Platinum a olhar para outras aplicações da tecnologia IsaMill e, após um extenso programa de investigações de planta e trabalho de teste de laboratório, ela decidiu instalar um M10000 IsaMill com uma unidade de 3000 kW em um mainstream (ao invés de ultrafino) aplicação de moagem. O meio de moagem selecionado foi um material cerâmico de alumina endurecido com zircônia recém-disponível e de baixo custo, que foi desenvolvido pela Magotteaux International.
Os resultados justificaram uma implementação agressiva de mais IsaMills nos concentradores da Anglo Platinum e, em 2011, a Anglo Platinum comprou 22 IsaMills para seus concentradores. A maioria das instalações está em aplicações de moagem inerte convencionais, produzindo tamanhos de partículas de produto relativamente grossos (por exemplo, 80% das partículas menores que 53 µm). A Anglo Platinum atribuiu um aumento na recuperação em seu concentrador de Rustenburg de mais de três pontos percentuais à instalação dos IsaMills lá.
O M10000 IsaMill provou ser muito popular e as vendas da tecnologia têm sido fortes desde seu lançamento no cenário global. IsaMills agora são usados em aplicações de chumbo-zinco, cobre, metal do grupo da platina, ouro, níquel, molibdênio e magnetita.
A Xstrata Technology desenvolveu recentemente um modelo IsaMill M50000 maior, com um volume interno de 50.000 L, com um drive de até 8 MW.
Vantagens do IsaMill
As vantagens do IsaMill incluem:
- intensidades de potência muito altas - IsaMills opera em intensidades de potência de até 350 quilowatts por metro cúbico ("kW / m 3 "). Para efeito de comparação, a intensidade de energia de um moinho de bolas é de cerca de 20 kW / m 3 . Esta alta intensidade de potência permite que o IsaMill produza partículas finas em uma alta taxa de transferência. A alta intensidade de potência do IsaMill vem de sua alta velocidade de agitação de cerca de 20 metros por segundo ("m / s").
- alta eficiência energética - o mecanismo de moagem usado em IsaMills é mais eficiente em termos de energia do que os moinhos de tambor convencionais, que envolvem o levantamento da carga dentro do moinho e permitindo que ela caia de volta para a ponta da carga, moendo o minério por quebra de impacto ao invés de mais mecanismo de atrito eficiente.
- moagem com um meio inerte - o uso de meios de moagem não ferrosos em IsaMills evita a formação de revestimentos de hidróxido de ferro nas superfícies de partículas finas que ocorre ao usar bolas de aço como meio de moagem. A presença do revestimento de hidróxido de ferro inibe a flotação dessas partículas. Um estudo mostrou que mudar de esferas de moagem de aço forjado para esferas de aço de alto cromo reduziu o ferro na composição atômica da superfície da galena de 16,6% para 10,2%, mas moagem com um meio de cerâmica reduziu o ferro de superfície para menos de 0,1% . A experiência em Mount Isa e em outros locais mostrou que as superfícies limpas resultantes do uso de IsaMills reduzem a quantidade de reagentes de flotação necessários e melhoram a recuperação dos minerais alvo. A experiência na Mount Isa e na Anglo Platinum mostra que o uso de um meio de moagem inerte aumenta a taxa de flotação (a "cinética" de flotação), em contraste com a observação comum de que a reafiação usando um meio de aço retarda a cinética de flotação de todos os minerais.
- operação de circuito aberto - o separador de produto interno (consulte a Figura 8) do IsaMill substitui efetivamente os ciclones que normalmente seriam usados em um circuito de fresagem padrão. Esses ciclones são usados para separar partículas grossas que precisam ser moídas de partículas finas do tamanho desejado. As partículas grossas (conhecidas como "sobredimensionadas") são devolvidas ao moinho e formam o que é conhecido como uma "carga de recirculação" que ocupa uma parte significativa da capacidade do moinho. A ação centrífuga do separador de produto faz com que apenas as partículas finas saiam do moinho e a carga de recirculação é eliminada.
- um tamanho de corte relativamente preciso, com geração mínima de "super finos" - o baixo tempo de residência e o mecanismo de moagem por atrito do IsaMill resulta em moagem preferencial na extremidade grossa da distribuição de tamanho de partícula do fluxo de alimentação com pouca moagem excessiva. Isso é mais eficiente em termos de energia e reduz o problema de recuperação dessas partículas superfinas durante a flotação subsequente.
- a capacidade de usar meios de moagem de baixo custo - IsaMills tem sido capaz de usar materiais de origem local e de baixo custo como meio de moagem, como descarte de escória de fundição, partículas de minério filtradas e areia de rio. No entanto, esses materiais nem sempre são adequados e para moagem mais grossa, um meio de moagem de cerâmica é usado.
- facilidade de acesso para manutenção - a natureza horizontal do IsaMill facilita o acesso a todas as peças a partir de um único nível para manutenção. As peças de alto desgaste são facilmente substituídas. Uma equipe de duas pessoas pode concluir uma troca de disco e revestimento em oito horas.
- pegada pequena - por causa da alta intensidade de moagem, a IsaMills ocupa uma área pequena para um rendimento equivalente em comparação com os moinhos de tambor. Isso contribui para a redução do custo de instalação dos moinhos.
- menor custo de capital - o tamanho pequeno do IsaMill reduz seus custos de construção e instalação em relação a fábricas maiores. Os custos de capital de moagem são ainda mais reduzidos porque o IsaMill pode ser operado em circuito aberto, portanto, não há necessidade de comprar e instalar hidrociclones e equipamentos auxiliares relacionados.
- custo operacional mais baixo - a eficiência energética do IsaMill e o custo médio de moagem relativamente barato proporcionam um custo operacional baixo para sua tarefa de moagem. Esse custo mais baixo é freqüentemente citado como tendo possibilitado o processamento econômico de depósitos minerais que anteriormente não podiam ser desenvolvidos de forma lucrativa.
Spin-offs de IsaMill (se você me perdoar o trocadilho!)
O desenvolvimento de uma tecnologia econômica de moagem ultrafina tornou possível a lixiviação atmosférica de minerais para os quais isso era anteriormente impossível. A MIM Holdings também desenvolveu, por meio de suas instalações de pesquisa localizadas em Albion, um subúrbio de Brisbane, um processo de lixiviação atmosférica denominado Processo de Albion .
Usando IsaMills para moer as partículas de minerais refratários em tamanhos ultrafinos, o Processo Albion aumenta a atividade dos concentrados de sulfeto ao ponto onde eles podem ser prontamente oxidados em tanques abertos convencionais. Assim, a oxidação é realizada sem a necessidade de alta pressão, reagentes caros ou bactérias.