TRATAMENTO DE MINÉRIOS A mineração é uma atividade que é e continuará sendo a principal provedora de materiais para a humanidade. Os desafios técnicos, sociais e ambientais que se colocam para a industria mineral, em nível mundial, requerem o aperfeiçoamento e o continuo desenvolvimento de novos métodos de mineração e de processamento de minerais que permitam minimizar os impactos ao meio ambiente e, ao mesmo tempo, fornecer os recursos necessários para a economia. O tratamento de minério pode ser conceituado como o conjunto de operações básicas que são realizadas em uma matéria prima mineral (minério bruto) com o objetivo de se obter sua adequação, ou seja, produtos comercializáveis. A terminologia técnica inclui diversos termos que podem ser empregados para conceituar esse conjunto de operações.
O conjunto de operações realizadas no processamento de uma matéria prima mineral inclui, dentre outras: Fragmentação: Redução do tamanho de blocos e/ou partículas. Separação por tamanho: Colocação dos materiais dentro de uma faixa adequada de tamanho. Concentração: separação de espécies mineralógicas de valor econômicos das demais. Separação Sólido/liquido: Recuperação da água utilizada nas operações e disposição de rejeito. Outras Operações Auxiliares: Manuseio, transporte, amostragem e estocagem de minérios. As aplicações industriais do tratamento de minérios, devem estar dispostas de forma conjunta, arranjadas sequencialmente de modo a maximizar a recuperação dos minerais úteis contidos no minério e adequar os produtos obtidos aos seus usuários.
Mineral: È uma substância sólida, natural, inorgânica, que possui composição química definida e arranjo atômico ordenado. Ex: Quartzo (SiO2) e Hematita (Fe2O3). É importante esclarecer que o carvão mineral encontrado na crosta terrestre não é um mineral (apesar da denominação carvão mineral), pois essa substancia é de origem orgânica. Da mesma forma, os rubis sintéticos não são se enquadram no conceito pelo fato de serem produtos artificiais.
Mineral Minério: É a espécie mineral da qual se pode extrair economicamente, economicamente, uma ou mais substancias úteis, sejam metais, elementos ou compostos químicos.
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Exemplo: Blenda: (ZnS) – da qual se extrai economicamente o zinco; Hematita: (Fe2O3) – da qual se extrai economicamente o ferro; Galena: (PbS) – da qual se extrai economicamente o chumbo; Apatita: (PO4)3Ca5F – da qual se extrai economicamente o P2O5; Garnierita: (Ni, Mg)O.SiO2.H2O+(Fe2O3) – da qual se extrai economicamente economicamente o Níquel. Ganga: São os minerais inúteis ou de valor secundário, que ocorrem associados ao mineral-minério. As gangas podem ser metálicas ou não metálicas. Considerando a associação mineral: Ouro, pirita e Quartzo. Para fixação dos conceitos, tem-se: Ouro como mineral-minério (mineral nativo); Pirita como ganga metálica (FeS2) e Quartzo como ganga não metálica (SiO2). Minério: É a associação de mineral-minério e ganga, da qual podemos extrair economicamente, economicamente, pelos processos tecnológicos atuais, uma ou mais de uma substancia útil, sejam metais (minérios metálicos), sejam elementos ou compostos químicos (minérios não metálicos ou minérios químicos). Minério Industrial: É o mineral utilizado tal como se encontra na natureza (não se extrai do mesmo nenhuma substancia útil). Exemplo: Quartzo (utilizado na industria de ótica, fundição elemento de liga e na industria eletrônica); Topázio (Utilizado como gema); Asbesto (Utilizado como isolante térmico). Beneficiamento dos Minerais: É o processamento dos minerais brutos, para a obtenção de produtos de diferentes valores, sem alterar a identidade física e química dos mesmos. Compreende aquelas operações que se aplicam aos bens minerais para modificar as suas condições de composição ou de forma, exigidas ou convenientes ao seu uso ou aplicações. É oportuno salientar que o beneficiamento se diferencia, por exemplo, dos processamentos hidrometalurgicos hidrometalurgicos (em que se tem tratamentos químicos para se conseguir produtos aptos à metalurgia, como é o caso da produção de alumina a partir das bauxitas impuras) ou mesmo dos processamentos processamentos hidrometalurgicos (em que tratam minérios brutos: Pelotização, calcinação, sinterização, etc.). Tipos de beneficiamentos Beneficiamento necessário: Quando o minério não pode ser aproveitado tal como se encontra. •
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Beneficiamento conveniente: Quando o minério beneficiado apresenta um maior lucro.
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Campo de Ação do Beneficiamento: •
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Eliminação das espécies químicas não desejáveis, obtendo-se um produto mais rico denominado concentrado. Eliminação das partículas de tamanho inconveniente, obtendo-se um produto mais selecionado.
Estágios do Beneficiamento: A) Sob o ponto ponto de de vista vista físico físico:: Redução de tamanhos Separação das partículas de características físicas diferentes B) Sob o pon ponto to de vista vista químico: químico: Liberação das partículas de diferentes composições químicas; Separação das partículas de diferentes composições químicas; • •
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Obs: Liberar quer dizer: desunir, tornar livres os minerais de uma asociação mineral. Separar quer dizer: Isolar, afastar uma espécie mineral de outra. Para se conseguir a liberação, tem que haver fragmentação ou cominuição (redução de tamanho) da associação mineral (exceto para os casos em que ocorre a liberação natural; minerais de aluvião, por exemplo). Para se conseguir a separação das espécies minerais, necessita-se liberar esses minerais.
Problema Geral do Beneficiamento: É o de separar as partículas minerais de um minério em função da espécie. Separa as espécies minerais úteis (minerais-minério) das espécies minerais inúteis (gangas). Considerando uma associação mineral constituída de espécies minerais úteis e inúteis (ganga). Sendo submetida ao beneficiamento (operações de fragmentação e separação), tem-se:
Solução Ideal: Concentrado ideal – produto constituído somente de partículas úteis; Rejeito ideal – produto constituído somente de partículas inúteis (ganga). • •
Solução Real: Concentrado real – produto constituído predominantemente de partículas úteis (partículas úteis contaminadas com partículas de ganga); Rejeito real – produto constituído predominantemente predominantemente de partículas de ganga (partículas de ganga com presença de úteis); As vezes obtém-se um produto de valor intermediário: misto ou médio. •
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Propriedades dos Minerais Utilizadas no Beneficiamento: a) Propri Proprieda edades des Física Físicass Cor e brilho: cata ou catação manual, seleção automática; Densidade: concentração gravimétrica ou gravítica; Susceptibilidade magnética: concentração magnética; Condutividade elétrica: concentração eletrostática; Tamanho, Forma, Densidade: Peneira, classificação. • • • • •
b) Proprieda Propriedades des Físico Físico - Químicas Químicas de Super Superfícies fícies:: Tensão supeficial: Flotação Molhabilidade: Flotação Adsorção: Flotação • • •
È necessário haver, entre as espécies minerais de uma associação mineral, uma propriedade diferenciadora, para ocorrer a separação das mesmas.
Operações Unitárias (ou fases Operatórias) do Beneficiamento: Cominuição ou Fragmentação: Visa a redução de tamanho da associação mineral e divide se em Britagem e Moagem. Britagem: É a primeira etapa de redução de tamanho. É aplicada ao material mais grosseiro e é realizada a seco. Os aparelhos utilizados são os britadores e o produto é chamado de britado. Moagem: É a segunda etapa de redução de tamanho. É aplicada para materiais mais finos e é realizada quase sempre a úmido (polpa aquosa – minério + água) e, excepcionalmente excepcionalmente a seco quando material beneficiado não pode ser molhado, como é o caso de moagem de carvão mineral para a preparação de carga na produção do ferro níquel e moagem de minérios lateríticos para produção carbonato de níquel. Os aparelhos utilizados são os moinhos e o produto é chamado de moído. Graduação (Classificação por Tamanho): Visa á separação das partículas minerais por ordem de tamanho. É realizada por peneiramento industrial ou por classificação.
Peneiramento Industrial: separa as partículas por ordem de tamanho. Baseiase no princípio de que as partículas com diâmetro maior que a abertura de uma peneira (por exemplo), nela ficam retidas, e as partículas de diâmetro menor que a abertura da peneira, a atravessam. Os aparelhos utilizados são as peneiras, grelhas, crivos, etc. e os produtos oversize (partículas retidas) e undersize (partículas passantes). Classificação: Separa as partículas por ordem de tamanho, forma e densidade. Baseia-se no principio de que as partículas de diferentes diâmetros
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e forma possuem diferentes velocidades de sedimentação em um meio fluido. Os aparelhos utilizados são os classificadores no qual citamos: o Espiral de Akins e os Ciclones e hidrociclones. Os produtos são denominados Overflow (partículas flutuantes) e Underflow (partículas que afundam).
Concentração: Visa ao aumento relativo dos minerais inúteis, baseando-se na diferença de propriedades físicas ou físico-químicas de superfície entre as espécies minerais a serem separadas. Os aparelhos utilizados são os concentradores e os produtos são denominados concentrado sendo o produto de maior valor, rejeito sendo o produto inútil e as vezes se obtém um produto de valor intermediário ou seja misto denominado middling. Separação Sólido Líquido: Visa à eliminação da água que acompanha o material sólido, para obtenção de um produto seco. Os processos envolvidos na separação sólido liquido compreende em espessamento, filtragem (ou filtração) e secagem. Espessamento: É a primeira da eliminação el iminação da água. Consegue-se uma eliminação grosseira da água (como se fosse uma decantação). Os aparelhos utilizados são os tanques t anques especiais denominados espessadores. Os produtos são chamados de Overflow (partículas flutuantes) e Underflow (partículas que afundam). Filtragem: É a segunda etapa de eliminação de água. O produto ainda contém 7 a 20 % de água. Os aparelhos utilizados são os filtros e os produtos são chamados de filtrado, bolo ou torta (cake). Secagem: É a ultima etapa de eliminação de água. O produto ainda contém de 1 a 5% de água. Os aparelhos utilizados são os fornos secadores e o produto é chamado de produto seco. Obs: Em se tratando de minérios a etapa de secagem já marca uma transição entre o tratamento de minérios e/ou beneficiamento e a metalurgia. Operações Auxiliares: São operações complementares às do beneficiamento e/ou tratamento mineral. Tem se: Armazenamento: Na qual é feito em silos e proporciona uma reserva de material para possíveis paradas na lavra, no transporte, no peneiramento, na moagem, etc.
Transporte: Na qual utiliza desde caminhões, até correias transportadoras, bombas (para polpas), etc. Amostragem e Pesagem: São necessárias para fins de controle, como verificação do andamento dos processos (concentração por exemplo). Condicionamento: Possibilita a introdução de reagentes adequados (nos condicionadores) para auxiliar na flotação dos minerais. Justificativas Econômicas do Tratamento de Minérios e\ou Beneficiamentos A finalidade primordial do beneficiamento é a obtenção do lucro através de:
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Economia com transporte (frete): com a eliminação dos produtos menos valiosos ou indesejáveis, transporta-se somente aquele de maior valor. Redução das despesas metalúrgicas: Grande parte das impurezas são eliminadas pelo beneficiamento, havendo pois, uma economia de combustíveis, de fundentes, de energia elétrica, etc., na obtenção do metal. Menores perdas de metal nas escórias: Na produção do metal, há a produção da escória (produto constituído de impurezas eliminadas pela metalurgia). Essa escória sempre possui uma certa porcentagem de metal. Evidentemente, se há menos impurezas a eliminar, há um menor volume de escória no processamento metalúrgico e, portanto, menor perda de metal direcionando para um maior resultado de redução ou metalização. •
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Terminologia do Beneficiamento e/ou Tratamento Mineral a) Usina Usina (pla (planta nta ou eeng ngenh enho): o): É qualquer instalação que se destina ao beneficiamento e/ou tratamento de minérios. Em outras palavras, é a instalação que se destina ao beneficiamento dos minerais.
b) Fluxograma: É uma representação esquemática que indica a seqüência das operações a que se submete o minério ou associação mineral na usina, bem como os aparelhos utilizados. O fluxograma pode ser qualitativo (simplificado) ou quantitativo (detalhado).
Fluxograma qualitativo (simplificado): quando o fluxograma representa a seqüência das operações e os aparelhos, sem especificação do numero, bem como da capacidade desses. Exemplo: Representação esquemática de um fluxograma qualitativo (simplificado): Britador Primário
silo
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Peneira 1ª
Britador Secundário
Peneira 2ª
Etc.
Fluxograma quantitativo (Detalhado):
Quando além da seqüência seqüência das operações operações e dos aparelhos, há referencia à capacidade e numero desses, bem como outros detalhes.:
silo
Britador Primário
Britador Secundário Peneira 1ª
Peneira 2ª Etc.
Britador Secundário
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Peneira 2ª
Fluxograma típico de beneficiamento:
LAVRA MINÉRIO
BRITAGEM PENEIRAMENTO MOAGEM
CLASSIFICAÇÃO CONCENTRAÇÃO
CONCENTRADO
REJEITO
ESPESSAMENTO
ESPESSAMENTO
FILTRAGEM
DEPÓSITO DE REJEITO
SECAGEM PRODUTO FINAL POCESSAMENTO METALURGICOS
PEÇAS E UTENSILIOS PRONTOS PARA USO
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c) Circ Circu uito: ito: É o caminho seguido pelo material dentro da usina. Pode ser aberto ou fechado. •
Circuito Aberto: É quando o material não é retratado, isto é quando o material não sofre repetição de tratamento. Esse circuito cir cuito é usado quando não há necessidade de um controle rigoroso da faixa granulométrica do produto.
Representação esquemática de um circuito aberto: Moagem 1ª
N. A •
Moagem 2ª
Circuito Fechado: É quando apenas parte do material sofre repetição de tratamento, ou seja, recircula. O material que recircula é denominado carga circulante. Esse circuito é usado quando há um controle rigoroso da faixa granulométrica do produto.
Exemplo de circuito Fechado: Moinho/Classificador Representação esquemática de um circuito fechado de britagem/peneiramento:
N.A. AB - alimentação do britador NA - nova alimentação PB – produto britado AP – alimentação da peneira OS - oversize US - undersize CC- carga circulante
Britador
B CC OS
Peneira US
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Nesse circuito tem-se: AB = NA + OS = PB; Relação 1 AP = US + OS = PB; Relação 2 Relação 1 = Relação 2 NA + OS = US + OS; NA = US A nova alimentação do britador é igual ao produto efetivo da peneira (undersize).
d) Alim Alimen enta taçã ção: o: È a quantidade de material que uma usina ou um determinado aparelho recebe para tratar.
Tipos de alimentação: Alimentação global (Run of mine – ROM ou Run of quarry – ROQ): Material bruto que vem diretamente da mina ou pedreira para ser tratado na usina. •
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Alimentação regulada: quando o material que chega ao aparelho possui velocidade de fluxo constante. Alimentação não regulada: quando a velocidade é intermitente. Alimentação afogada: quando o material que chega ao aparelho vem em quantidade maior que a capacidade do mesmo, havendo sobra de material. Alimentação escalpelada: quando o material que chega ao aparelho passa antes por uma classificação, não contendo partículas abaixo de uma granulometria especificada.
e) Teor Refere-se ao conteúdo de um material útil em um determinado produto, sendo geralmente expresso em % e em peso. Define-se como teor a massa de um elemento ou substância pura, referido à massa total em consideração. É determinado em laboratório químico.
Ex: Alimentação com 1% de Cu e concentrado com 36% de Cu. 9
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