Wirtgen Surface Miner: redução da porcentagem de finos, maximização da extração de carvão

A maioria dos operadores de minas de carvão mede a distribuição de tamanho de partícula do insumo para determinar o processo de beneficiamento - principalmente em termos da porcentagem de finos. Porém, são poucos os que sabem o que exatamente origina a porcentagem de finos. Ainda menor é o número de operadores de minas que medem a porcentagem de finos logo após a extração, para compará-la com a do insumo e otimizar os processos intermediários. Nesse ponto, a redução da porcentagem de finos do carvão explorado oferece um enorme potencial de economia, bem como outras vantagens:

  • A lavagem do carvão fino (< 2 mm) está associada a custos elevados, devido ao tipo de procedimentos necessários e às perdas de produto (resultando em um grau de extração reduzido de carvão)
  • Devido à maior perda de produtos, é necessário descartar mais material de mineração em locais apropriados.
  • Não é possível vender carvão que não corresponda às especificações de tamanho dos compradores
  • Uma menor porcentagem de finos do carvão extraído também reduz os danos causados pela poeira fina capaz de penetrar os pulmões, aumenta a segurança no local de trabalho e reduz o risco de explosões de poeira de carvão
  • O carvão ultrafino (< 0,5 mm) possui tendência à retenção de umidade. Isso afeta negativamente os processos subsequentes.

Mineradoras de superfície Wirtgen – aqui, o modelo 4200 SM – cortam e quebram a rocha com um tambor cortador especial e carregam o material em um caminhão de mineração, através de esteira de carregamento. A Wirtgen é a única empresa capaz de oferecer uma capacidade de produção de até 3.000 t/h, com carregamento direto.

Mineradoras de superfície Wirtgen – aqui, o modelo 4200 SM – cortam e quebram a rocha com um tambor cortador especial e carregam o material em um caminhão de mineração, através de esteira de carregamento. A Wirtgen é a única empresa capaz de oferecer uma capacidade de produção de até 3.000 t/h, com carregamento direto.

A redução do tamanho de partícula do carvão ocorre durante toda a cadeia de processos, da exploração à utilização final. Em parte, essa redução de tamanho de partícula é proposital, por exemplo durante a extração e a britagem. No entanto, muitas vezes ela é indesejável, ocorrendo durante o transporte, o depósito em montes, a classificação ou a lavagem. Em geral, as propriedades de quebra dependem em alto grau da geologia, mas, a tecnologia de extração oferece uma chance de reduzir o percentual do carvão fino e ultrafino gerados ao longo da cadeia de processos. Tendo em vista as consequências negativas descritas acima, é de extrema importância aproveitar essa chance para manter a porcentagem de finos no nível mais baixo possível. 

Nos últimos tempos, a Wirtgen tem realizado diversos testes de campo relacionados à fragmentação de materiais. Foi demonstrado que as mineradoras de superfície da Wirtgen contribuem imensamente para reduzir a porcentagem de finos gerada durante o processo de extração.

Mineradoras de superfície Wirtgen

Uma mineradora de superfície Wirtgen é uma máquina extratora sobre esteiras, com um tambor cortador giratório. O cilindro fica instalado no centro de gravidade da máquina, de forma que todo o peso da máquina contribua para a força com que as ferramentas de corte penetram na rocha. O tambor cortador transfere o material para uma esteira de descarga (Fig. 1), a partir da qual o mesmo é diretamente carregado em um caminhão.

A mineradora de superfície extrai o material explorado camada por camada. A profundidade de corte pode ser ajustada de acordo com a espessura das camadas locais. Dessa forma, mesmo camadas extremamente finas, com espessura até 10 cm, podem ser extraídas e separadas das camadas intermediárias acima e abaixo. Assim, o material das jazidas é retirado de forma seletiva, sem perfurações ou detonações, com alto grau de pureza e de maneira econômica e ecológica.

Enquanto a mineradora de superfície da Wirtgen se desloca para a frente, o tambor cortador gira em sentido contrário ao de deslocamento e extrai o material das formações rochosas camada por camada. A propulsão da mineradora de superfície ocorre por meio de quatro esteiras com altura ajustável.

Enquanto a mineradora de superfície da Wirtgen se desloca para a frente, o tambor cortador gira em sentido contrário ao de deslocamento e extrai o material das formações rochosas camada por camada. A propulsão da mineradora de superfície ocorre por meio de quatro esteiras com altura ajustável.

Testes de campo sobre fragmentação de materiais

Nos últimos anos, a Wirtgen realizou diversos testes de campo em larga escala referentes à fragmentação de materiais e ao comprometimento da qualidade associada. Foram analisados carvão e minérios sedimentares de oito minas a céu aberto diferentes, considerando a sua distribuição de tamanho de partículas. Foram classificadas quase 8.000 t de material, para comparar o material extraído pela mineradora de superfície com o material extraído através de métodos convencionais.

Na mesma mina de carvão, operam tanto mineradoras de superfície da Wirtgen quanto tratores de esteira planificadores, trabalhando em processo de extração e empilhamento. Devido aos preços atuais do carvão, cada um dos processos individuais dessa mina estão sendo otimizados. Isso também inclui a redução da porcentagem de finos na alimentação do processo de beneficiamento, para que uma parcela maior do carvão possa ser processada a custos mais baixos, na unidade de beneficiamento de partículas grandes. Além disso, busca-se uma redução dos custos de fragmentação. A tabela 1 mostra os requisitos do sistema de beneficiamento com relação ao tamanho do insumo.

Tabela1: Beneficiamento de carvão em faixas típicas de tamanho de partícula

Faixa de tamanho de partícula Beneficiamento Avaliação
> 40 mm Britador primário/secundário Custos adicionais e geração de carvão ultrafino
2 – 40 mm Ciclo grosso Partícula-alvo, fácil beneficiamento
0,075 – 2 mm Ciclo ultrafino Beneficiamento caro
< 0,075 mm Perda Indesejado

O teste comprovou mais uma vez a adequação da mineradora de superfície para esse tipo de operação: com a mineradora de superfície, é obtido carvão com menor porcentagem de finos e mais material com o tamanho de partícula desejado do que em processos convencionais utilizando tratores de esteira planificadores em processo de extração e empilhamento (Fig. 2). Das 1.500 t/h de carvão fornecidas pelos tratores de esteira planificadores ao sistema de beneficiamento, 225 t são de carvão fino, com tamanho de partícula inferior a 2 mm. No caso da mineradora de superfície, trata-se de 185 t/h. Isso significa que, no processo com a mineradora de superfície, 22% a mais de carvão podem ser lavados no ciclo grosso, mais econômico, ao invés de no ciclo fino de custo elevado. No caso do tamanho de partícula inferior a 1 mm, a porcentagem de finos a ser processada pelo sistema é reduzida em 33% ao se utilizar a mineradora de superfície.

Distribuição de tamanho de partículas obtida na extração de carvão com mineradora de superfície e trator de esteira planificador e faixas típicas de tamanho de partículas dos sistemas de beneficiamento associados.

Distribuição de tamanho de partículas obtida na extração de carvão com mineradora de superfície e trator de esteira planificador e faixas típicas de tamanho de partículas dos sistemas de beneficiamento associados.

A mineradora de superfície extrai mais de 70% do carvão no tamanho de partícula desejado (2 - 40 mm). No caso dos tratores de esteira planificadores, esse valor é inferior a 58%. Uma economia adicional é obtida no estágio de britagem: apenas 17% do material extraído pela mineradora de superfície precisam passar pelo britador. Já no caso da extração com trator de esteira planificador, esse valor é superior a 26%. Isso também influi positivamente a quantidade de carvão fino e ultrafino a ser beneficiada.

Foi realizado também um teste com material proveniente de reservas de minério sedimentares. Nessa mina, o minério é extraído tanto utilizando mineradoras de superfície quanto os métodos de perfuração e detonação convencionais. Aqui, a mineradora de superfície é capaz de fornecer continuamente material com uma porcentagem de finos (< 1 mm) de apenas 15% ao sistema de beneficiamento. O insumo normal (incluindo material proveniente dos processos de perfuração e detonação e obtido pela mineradora de superfície) continha ≥ 25% de partículas com menos de 1 mm.

Efeitos do manuseio do material sobre a porcentagem de finos

Cada uma das etapas do manuseio contribui para a perda de qualidade do material durante o processo de extração. A Wirtgen realizou um estudo sobre o tema, durante o qual submeteu-se o material a diversas etapas de manuseio e, em seguida, determinou-se as porcentagens de cada tamanho de partícula. Para a simulação, 80 t de material foram carregadas por meio de carregadoras sobre rodas e passadas diversas vezes por um sistema de peneiramento. A cada passada, a porcentagem de finos aumentou significativamente. Após cinco ciclos de teste com o carvão, obteve-se um aumento do percentual de material com tamanho de partícula < 4 mm, em média, de 19% para 26%, o que corresponde a um aumento de 34%. Um resultado semelhante foi registrado para o minério sedimentar, com um aumento de 24% da porcentagem de finos (< 8 mm) mediante cinco ciclos de teste (Fig. 3).

Durante esse manuseio (carregamento, transporte ao deck de peneiramento, classificação), cada etapa representa um desgaste menor do material em comparação, por exemplo, com o provocado pela passagem de um trator de esteira planificador sobre o material empilhado. Mesmo assim, observou-se uma queda acentuada na qualidade decorrente do manuseio. Assim, pode-se supor que a perda de qualidade ocasionada por um trator de esteira planificador leva a um aumento ainda maior da porcentagem de finos.

Tendo em vista o grande número de etapas de manuseio do material durante o processo de extração e o comprometimento à qualidade associado, mesmo em casos de manuseio cuidadoso, é importante reduzir ao mínimo o número dessas etapas, até mesmo porque cada uma delas representa um aumento nos custos. Nesse aspecto, as mineradoras de superfície da Wirtgen oferecem uma vantagem dupla: extraem o material de forma seletiva, ao invés de recorrer a explosões e perfurações, obtendo uma menor porcentagem de finos desde o início do processo. Soma-se a isso o carregamento direto em um caminhão, o que reduz o número de etapas de manuseio necessárias e mantém a porcentagem de finos no nível mais baixo possível.

Levando em conta o processo geral de extração e beneficiamento, a mineradora de superfície da Wirtgen simplifica o processo através da redução das etapas de processo (Fig. 4). Em suma, isso resulta na diminuição significativa do trabalho organizatório e em claras economias de custos para o operador da mina.

A porcentagem de finos aumenta a cada etapa de manuseio.

A porcentagem de finos aumenta a cada etapa de manuseio.

Resumo

Altas porcentagens de finos no carvão explorado resultam em aumento dos custos durante o processo de beneficiamento, redução do grau de extração, além de possuir um efeito negativo sobre a segurança de trabalho e os processos a jusante. Ter conhecimento dos processos nos quais as partículas finas são geradas e otimizar o processo ao longo da cadeia de processo pode levar a economias substanciais.

A Wirtgen realizou diversos estudos sobre o tema da porcentagem de finos e da fragmentação de material, demonstrando assim a possibilidade de se reduzir a porcentagem de finos: a extração de carvão com as mineradoras de superfície da Wirtgen é a primeira etapa para obter economias substanciais na cadeia de processo. Além disso, ao simplificar o processo de extração, as mineradoras de superfície reduzem o número de equipamentos necessários para extrair uma tonelada de carvão. Finalmente, a interrelação entre as etapas de processo individuais do processo de extração é simplificada, evitando assim dispendiosas perdas de tempo.

Etapas de processo na extração de carvão no processo convencional e com a mineradora de superfície.

Etapas de processo na extração de carvão no processo convencional e com a mineradora de superfície.

EN FR ES PT