Influência das variáveis operacionais e propriedades visuais de espuma no desempenho e controle da flotação de minério de ferro
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Universidade Federal de Minas Gerais
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Tese de doutorado
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Gilberto Rodrigues da Silva
Neymayer Pereira Lima
Rodrigo Fina Ferreira
Klaydison Carlaile Silva
Neymayer Pereira Lima
Rodrigo Fina Ferreira
Klaydison Carlaile Silva
Resumo
A flotação catiônica reversa de quartzo é a etapa mais importante na concentração de minério de ferro para produção de pellet feed, sendo seu desempenho fundamental para melhor aproveitamento das reservas disponíveis. Neste contexto, esta pesquisa propõe utilizar sistema de visão de máquina para avaliar o comportamento das propriedades de espuma na flotação e investigar seus efeitos para diferentes condições de operação. Este estudo visa uma abordagem integrada para otimização do processo, combinando análise estatística, visão computacional e avaliação tecnológica de células de flotação, baseado em condições operacionais da planta, monitoramento de desempenho e controle de processo. Dessa forma, foram identificadas oportunidades para maximizar a recuperação metalúrgica e a aderência da qualidade do produto especificado. Foram realizados nove testes industriais no estágio rougher utilizando um Arranjo Composto Central (CCD), investigando o efeito da vazão de ar e da altura da camada de espuma em respostas de processo e propriedades de espuma, evidenciando a importância de abordagens experimentais estruturadas para otimização. Também foram realizados testes industriais na flotação mecânica convencional, conduzidos também no estágio rougher para comparativo das tecnologias de células autoaeradas e ar forçado, considerando na análise variáveis de processo e propriedades de espuma na superfície da célula. Os resultados demonstraram que as células com ar forçado proporcionam melhor condição hidrodinâmica, acarretando melhor desempenho na separação e menor custo operacional. Essa constatação técnica ofereceu subsídio para um estudo de viabilidade econômica de uma planta objeto deste estudo, visando modernizar todo o parque de células de flotação mecânica convencional de autoaerada para ar forçado. O resultado foi atrativo, gerando uma taxa interna de retorno de 240,7%. Assim, esta integração entre condições operacionais e visão de máquina mostrou-se eficaz para compreender e otimizar o desempenho da flotação.
Abstract
Reverse cationic quartz flotation is the most important step in iron ore concentration for pellet feed production, and its performance is crucial for optimal utilization of available reserves. In this context, this research proposes using a machine vision system to evaluate the behavior of froth properties during flotation and investigate their effects under different operating conditions. This study aims to take an integrated approach to process optimization, combining statistical analysis, computer vision, and technological evaluation of flotation cells, based on plant operating conditions, performance monitoring, and process control. Thus, opportunities were identified to maximize metallurgical recovery and adherence to the specified product quality. Nine industrial tests were conducted in the rougher stage using a Central Composite Design (CCD), investigating the effect of air flow rate and froth depth on process responses and froth properties, highlighting the importance of structured experimental approaches for optimization. Industrial tests were also conducted on conventional mechanical flotation, also in the rougher stage, to compare self-aerated and forced-air cell technologies, considering process variables and froth properties on the cell surface. The results demonstrated that forced-air cells provide better hydrodynamic conditions, resulting in better separation performance and lower operating costs. This technical finding supported an economic feasibility study for a plant subject to this study, aiming to modernize the entire conventional mechanical flotation cell fleet from self-aerated to forced-air. The result was attractive, generating an internal rate of return of 240.7%. Thus, this integration of operational conditions and machine vision proved effective in understanding and optimizing flotation performance.
Assunto
Engenharia de minas, Tecnologia mineral, Minério de ferro, Flotação, Controle de processo, Espuma
Palavras-chave
Condições operacionais, Controle de processo, Flotação, Minério de ferro, Propriedades de espuma
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