Aplicação de dispersão térmica e IA aprimoram medição da aeração em células de flotação em Brucutu

Sendo um dos principais pilares da economia nacional, a mineração é essencial para o desenvolvimento regional e, entre os inúmeros processos empregados no beneficiamento mineral, a flotação destaca-se como um dos mais importantes. Essa técnica permite concentrar os minerais de maior valor agregado e separar aqueles de menor interesse econômico.

Nas células de flotação autoaspiradas, o suprimento de ar depende da aspiração gerada pela zona de baixa pressão formada pela rotação dos rotores. Entretanto, não há, nesses equipamentos, informações sobre a vazão de ar que alimenta o processo, variável crítica para o funcionamento adequado da flotação e, consequentemente, para a recuperação metalúrgica.

A equipe da Vale da unidade em Brucutu elaborou então um estudo que tem como objetivo evidenciar os ganhos obtidos com o desenvolvimento e a instalação de um sistema de medição da taxa de aeração em células de flotação autoaspiradas, utilizando o princípio de dispersão térmica e inteligência artificial como base tecnológica.

COMO O PROJETO FOI DESENVOLVIDO

Entre os métodos de concentração, a flotação em espuma se destaca por explorar diferenças de propriedades de superfície entre os minerais presentes. A seletividade do processo está relacionada ao grau de hidrofobicidade das partículas, as mais hidrofóbicas tendem a evitar o contato com a água, enquanto as hidrofílicas permanecem preferencialmente na fase líquida. A separação ocorre quando um fluxo de ar atravessa a suspensão. As partículas hidrofóbicas aderem às bolhas e São transportadas até a superfície sob a forma de espuma, enquanto as hidrofílicas permanecem na polpa.

Nas máquinas de flotação, esse fluxo de ar é gerado pela zona de baixa pressão produzida pela rotação do rotor, responsável também pela dispersão das bolhas e pela mistura entre ar e polpa. Quando o rotor gira, além de promover a suspensão da polpa, sua ação cria a baixa pressão responsável pela sucção do ar. Esse movimento também pode puxar parte da espuma presente nas células a jusante por exemplo, o rotor da célula rougher pode aspirar espuma das etapas cleaner ou scavenger contribuindo para seu deslocamento. Ao colidir com o estator, o ar aspirado é fragmentado, gerando um grande número de bolhas menores, o que melhora significativamente a dispersão do ar no interior da célula e a estabilidade das bolhas.

Na flotação mecânica convencional, o ar pode ser aspirado pelo próprio rotor ou insuflado por sistemas auxiliares. Em ambos os casos, a fragmentação das bolhas ocorre pela ação combinada do rotor e do estator. Como o processo de flotação depende diretamente da formação e disponibilidade dessas bolhas, qualquer redução no fornecimento de ar compromete a recuperação metalúrgica.

Sendo assim, a equipe da Vale Brucutu buscou desenvolver uma tecnologia capaz de alertar antecipadamente os operadores da planta e a sala,

De controle sobre a queda ou ausência de ar de aeração, evitando perdas na produção do concentrado mais nobre das plantas de mineração.

Após prospecções e buscando referências em outros setores, identificou- se que sistemas de centrais de refrigeração utilizam sensores de fluxo calorimétricos, que não possuem partes móveis suscetíveis a travamentos. Esses sensores, também chamados térmicos, baseiam-se no princípio de transferência de calor para medir velocidade ou vazão de gases e líquidos. Sua robustez e ausência de partes mecânicas os tornam ideais para monitoramento contínuo em tubulações.

Com a solução conceitual definida, o passo seguinte foi buscar empresas capazes de desenvolver o produto e o protótipo, e o Grupo LT em parceria com o time da Vale, iniciou o processo de prototipagem e testes.

A materialização do conceito começou pela construção de uma base para o sensor que pudesse ser adaptada ao tubo de aeração sem necessidade de parafusos, facilitando sua retirada para limpeza sempre que houvesse obstrução.

Considerando as dimensões e a geometria da entrada de ar, a solução escolhida foi a construção de um suporte tipo colar, que envolvesse o tubo com leve interferência no diâmetro, permitindo facilmente a remoção e reinstalação durante intervenções de limpeza e manutenção.

A instalação do elemento sensor calorimétrico foi realizada de forma perpendicular ao eixo de entrada do fluxo de aeração, garantindo melhor sensibilidade à variação do volume de ar.

Analógicas de 4– 20 mA, posteriormente convertido para o padrão digital Profibus, permitindo a integração com os sistemas de automação da planta, como os supervisórios e a plataforma PI Vision.

Conforme evidenciado pelos registros no PI Vision, qualquer perturbação no suprimento de ar às células de flotação é detectada em tempo real, facilitando o entendimento das causas e possibilitando tomadas de decisão mais rápidas e efetivas. Com o uso da inteligência artificial, foi possível criar algoritmos que detectassem desvios no comportamento padrão esperado.

Durante o acompanhamento operacional do sistema, foi possível comprovar sua eficácia em um dos eventos registrados, uma obstrução causada por transbordo quase zerou o fluxo de ar, gerando impacto direto na estabilidade do processo. O sistema identificou prontamente essa queda.

Sendo assim, a aplicação do princípio de dispersão térmica aliado ao uso da inteligência artificial para criação de um sistema de medição da taxa de aeração em bancos de flotação convencional, demonstrou que a integração entre segmentos distintos da indústria pode gerar soluções inovadoras para desafios recorrentes no setor mineral.

Outro benefício do sistema é que sua instalação não exige modificações estruturais nos bancos de flotação, permitindo remoção rápida e sem ferramentas durante atividades de limpeza e desobstrução.

Sobre a mina

Inaugurada em 5 de outubro de 2006, o Projeto Brucutu, é considerado o maior complexo mina/usina em capacidade inicial de produção implantado no mundo. Foram investidos cerca de US$ 1,1 bilhão no empreendimento, que está localizado no município de São Gonçalo do Rio Abaixo, a 93 quilômetros de Belo Horizonte. Após a implantação, a mina conta com aproximadamente 2.500 pessoas na operação permanente.

Na primeira fase do projeto, Brucutu produziu 12,2 milhões de toneladas de minério de ferro por ano. Na segunda fase, iniciada em 2007, atingiu 23 milhões de toneladas anuais. A capacidade instalada, 30 milhões de toneladas, foi atingida em 2016. Em 2025, quando a Vale atingiu recorde e produziu 327,7 milhões de toneladas de minério de ferro – a maior desde 2018, a produção no Sistema Sudeste aumentou em 3,6 milhões de toneladas, impulsionada por Brucutú, que retomou três linhas de processamento a úmido e pelo comissionamento de uma quarta linha.

A Usina de Concentração e o carregamento ferroviário em Brucutu são totalmente automatizados. Na unidade, a Vale já reutiliza 80% da água necessária ao seu processo industrial, evitando assim o uso de água nova dos mananciais existentes. Também referente as ações de meio ambiente, Brucutu hoje fabrica areia oriunda do aproveitamento de seus rejeitos de mineração.