Novos aspectos da estratifificação de partículas em jigues descontínuos

Abstract

O presente estudo visa dar luz sobre fenômenos ainda pouco explorados que ocorrem durante a estratificação em leitos de jigagem, bem como sobre novas possibilidades de aplicação da técnica. Por meio de testes com misturas de agregados em jigues hidráulico e pneumático descontínuos, foi pela primeira vez examinada a ocorrência de convecção granular em jigues. Os fatores envolvidos em sua formação e a influência sobre a estratificação foram analisados em detalhes. Do mesmo modo, foi examinada a influência da granulometria do leito sobre a estratificação em jigues pneumáticos e a possibilidade de uso do mesmo como um equipamento multi-separador. Os resultados revelam a existência de um fluxo ordenado e estacionário de partículas durante a pulsação do leito, ascendente na porção central e descendente nas bordas do jigue, de modo similar ao fluxo convectivo descritos na literatura para leitos vibrados mecanicamente. Este fluxo convectivo gerou uma distorção no rearranjo do leito estratificado, dando origem a um perfil horizontal de estratificação no qual as partículas leves se concentraram nas bordas e as partículas densas se concentraram preferencialmente na zona central dos estratos. Com base nos resultados, um mecanismo de formação do fluxo convectivo e um modelo preditivo do rearranjo do leito foram propostos. Observou-se também que a diminuição da granulometria e o aumento da distribuição de tamanho dos constituintes do leito teve um efeito positivo sobre a estratificação. Os resultados sugerem que isto pode estar em parte relacionado a maior compactação do leito quando da presença de partículas de menor tamanho. Também, resultados experimentais demonstraram a possibilidade de uso do jigue pneumático para realizar a operação conjunta de separação de materiais rochosos e não rochosos em um único estágio. O desempenho global na remoção de contaminantes não-rochosos foi similar ao de separadores pneumáticos e sistemas de "sorting" automático descritos na literatura. Ainda, a quantidade inicial de contaminantes no sistema teve um efeito desprezível sobre o desempenho. Os resultados obtidos, em particular aqueles relacionados à convecção granular, fornecem novas perspectivas a respeito dos fenômenos envolvidos na estratificação em jigues. Ainda, benefícios práticos podem ser extraídos a partir dos resultados da análise do efeito da granulometria sobre a estratificação e do uso de jigues pneumáticos como multi-separadores.

This study aims to shed some light on some unclear phenomena that occurs during particle stratification in jigs as well as on new possibilities of application of jigging technique. For the first time, the occurrence of granular convection in jigging beds was analyzed by considering the case of hydraulic and pneumatic jigs operating with mixtures of aggregates. The elements involved in the pattern formation and its influence on bed stratification were analyzed in detail. The influence of particle size distribution on bed stratification and the possibility of using pneumatic jigging as a multi-separator were also examined. The experimental results reveal the existence of a steady, ordered flow of particles over bed pulsation, in which particles move upward in the center of the jig bed and downward along the walls of the jig container, similarly to the circulation patterns reported in the literature. The convection gave rise to a distortion in the particle rearrangement, engendering the formation of a horizontal stratification profile in which light particles tended to be concentrated along the walls while dense particles tended to be concentrated preferentially in the center portion of the strata. On the basis of the experimental results, a mechanism of pattern formation and a prediction model were proposed. The results also revealed that the decrease of the particle size and the increase in the particle size distribution had a positive influence on stratification extent. It was suggested by the results that this behavior can be related to the higher bed compaction due to the presence of smaller particles in the bed. Also, experimental results indicated the technical feasibility of the combined use of pneumatic jigging for the removal undesired non-stony materials together with the bed stratification in only one single stage. The reported separation efficiency in the removal of low-density materials was comparable to those of air classifiers and automatic sorting systems. Also, the initial content of contaminants seemed to have a negligible effect on the separation performance. The results obtained, in particular those related to the granular convection, provides new perspectives about the phenomena involved in stratification by jigging. Moreover, practical benefits can be obtained from the results about the influence of particle size on bed stratification and about the usage of pneumatic jigging for multi-separation.