Baixe Int. trat.de min e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Minas, somente na Docsity! Centro de Tecnologia Mineral Ministério da Ciência e Tecnologia Coordenação de Inovação Tecnológica - CTEC INTRODUÇÃO AO TRATAMENTO DE MINÉRIOS Adão Benvindo da Luz Engº. de Minas, D.Sc. Fernando Freitas Lins Engº. Metalurgista, D.Sc. Rio de Janeiro Dezembro / 2002 CT2002-120-00 Comunicação Técnica elaborada para a 3ª Edição do Livro Tratamento de Minérios. CAPÍTULO 1 Adão Benvindo da Luz(1) Fernando Freitas Lins(2) INTRODUÇÃO AO TRATAMENTO DE MINÉRIOS (1) Engo de Minas/UFPE, M.Sc. e D.Sc. em Engenharia Mineral/ EPUSP; Pesquisador Titular do CETEM/MCT (2) Engo Metalurgista/PUC-Rio, M.Sc. e D.Sc./COPPE-UFRJ; Pesquisador Titular do CETEM/ MCT Tratamento de Minérios 3a Edição – CETEM 5 Classificação Moagem Peneiramento Britagem Secagem Filtragem Espessamento Disposição de Rejeito Espessamento Barragem de RejeitoEnchimento Galerias Subterrâneas Cava a Céu Aberto Concentração água processo Concentrado Rejeito Produto Final Minério Lavra Figura 1.1 - Fluxograma típico de beneficiamento de minério. 6 Introdução ao Tratamento de Minérios ES CF BRITAGEM PRIMÁRIA BG(1) GV(2) ESCF BM(2) EE PV(6) PE ROM BRITAGEM SEMI MÓVEL BRITAGEM SECUNDÁRIA PV(12) EE BRITAGEM TERCIÁRIA EE PD(6) PD(23) PE NP2 EE PD(13) CE(11) EE CI (10) PF(4) PD(2) PF(20) FC(3) FRD ER(2) RE AR ESPESSAMENTO PE SF 2 EE SINTERFEED Mn DO(1) CIRCUITO DE FRD CE(1) PD(1) PF FRD GR SF FILTRAGEM FV(5) CIRCUITO ALTERNATIVO GRANULADOS/FRD I 2 I CARREGAMENTO DE TRENS PARA O PORTO DE PONTA MADEIRA BC (5) GV(2) PV(6) PENEIRAMENTO SECUNDÁRIO PENEIRAMENTO TERCIÁRIO PRODUTOS GR - Granulado (NPCJ/NACJ) SF - Sinter Feed FRD - Fino para Redução Direta PFCJ - Pellet Feed LEGENDA AR - Água Recuperada BC - Britador Cônico BG - Britador Giratório BM - Britador de Mandíbula CE - Classificador Espiral CF - Caminhão Fora de Estrada CI - Ciclone DO - Dosador EE - Chute Móvel ER - Espessador de Rejeitos ES - Escavadeira Elétrica FC - Filtro de Correia FV - Filtro Vertical GV - Grelha Vibratória MB - Moinho de Barras PD - Peneira Desaguadora PE - Pilha de Emergência PF - Peneira de Alta Freqüência PV - Peneira Vibratória RE - Rejeito TA - Torre de Amostragem ( ) - Quantidade de Equipamentos /1/ - Granulado Mercado Interno (NPCJ) /2/ - Granulado Exportação (NACJ) MB (2) CE(2) PD(4) AMOSTRAGEM TA TA Figura 1.2 - Fluxograma simplificado do beneficiamento de ferro - Carajás Fonte : Usinas de Beneficiamento de Minérios do Brasil – CETEM/ 2001 Tratamento de Minérios 3a Edição – CETEM 7 HISTÓRICO A história registra que, 400 anos antes da Era Cristã, os egípcios já recuperavam ouro a partir de depósitos aluvionares, usando processos gravíticos. O primeiro texto que se constituiu em instrumento de referência sobre os bens minerais (De Re Metálica) foi publicado em 1556 por Agrícola. Neste, já há registro da utilização do moinho tipo pilão movido a água, concentração gravítica através de calha e concentração em leito pulsante obtido com o auxílio de peneira em forma de cesta (um jigue primitivo). A partir do século XVIII, com a invenção da máquina a vapor, que se caracterizou como o início da revolução industrial, ocorreram inovações mais significativas na área de tratamento de minérios. Pela metade do século XIX, em 1864, o emprego do tratamento de minérios se limitava praticamente àqueles de ouro, cobre nativo e chumbo. Os grandes desenvolvimentos na área de beneficiamento de minérios ocorreram no final do século XIX e início do século XX (Quadro 1.1), sendo a utilização industrial da flotação, na Austrália, em 1905, a inovação mais impactante. Os avanços que se seguiram se orientaram, do ponto de vista tecnológico, mais ao desenvolvimento de design de equipamentos maiores e mais produtivos ou eficientes (anos 40-70), à otimização de processos através de automação e computação (anos 70-90), e à racionalização do uso de energia nos anos 70, com a crise de aumento súbito dos preços de petróleo. Mais recentemente, com a crise de energia elétrica no Brasil, em 2001, houve um renovado interesse pela racionalização de seu uso. Apesar do grande esforço de pesquisa direcionado à melhor compreensão dos fenômenos atuantes nas operações de beneficiamento, houve relativamente poucos saltos tecnológicos como consequência deste esforço, verificando-se mais uma evolução incremental no desempenho dos processos. 10 Introdução ao Tratamento de Minérios DEPÓSITOS E JAZIDAS MINERAIS Os minerais fazem parte dos recursos naturais de um país, ao lado das terras para agricultura, das águas (de superfície e subterrânea), biodiversidade etc. Os estudos geológico e hidrológico básicos de um país ou região são realizados, via de regra, por seu serviço geológico ou entidade equivalente, que os disponibiliza para o público. No Brasil, essa missão está a cargo da CPRM - Serviço Geológico do Brasil. Como as matérias-primas minerais possíveis de serem utilizadas diretamente ou transformadas pela indústria encontram-se distribuídas de maneira escassa na crosta terrestre, cabe às empresas de mineração, com base nas informações gológicas básicas, realizarem a pesquisa mineral em áreas previamente selecionadas, em busca de depósitos de potencial interesse econômico. Feitas a quantificação e qualificação do corpo mineral (cubagem), tem-se um depósito mineral. Quando este apresenta condições tecnológicas e econômicas de ser aproveitado, tem-se finalmente uma jazida mineral. O minério é explotado da jazida por meio de operações de lavra (a céu aberto ou subterrânea) na mina. O produto da mina, o minério lavrado, é freqüentemente denominado ROM ("run-of-mine"), que vem a ser a alimentação da usina de beneficiamento. O preço de mercado de um determinado bem mineral, importante para a definição de uma jazida, está condicionado a um elevado número de variáveis. Entre outras, salientamos: freqüência em que ocorrem esses minerais na crosta terrestre, complexidade na lavra e beneficiamento, distância da mina ao mercado consumidor etc. Vale ressaltar, porém, o aspecto circunstancial, pois em dependência da conjuntura político-econômica um depósito pode passar a ser uma jazida ou vice-versa. MINERAIS E SEU USOS Qualquer atividade agrícola ou industrial, seja no campo da metalurgia, da indústria química, da construção civil ou do cultivo da terra, utiliza os minerais ou seus derivados. Os fertilizantes, os metais e suas ligas, o cimento, a cerâmica, o vidro, são todos produzidos a partir de minerais. É cada vez maior a influência dos minerais sobre a vida e desenvolvimento de um país. Com o aumento das populações, cada dia se necessita de maior quantidade de matéria-prima para atender às crescentes necessidades do ser humano. É difícil imaginar o nível material alcançado por nossa civilização, sem o uso dos minerais. Com efeito, o consumo per capita de minerais industriais e materiais em geral nos países desenvolvidos é algumas vezes superior àquele de países em desenvolvimento, como o Brasil. Tratamento de Minérios 3a Edição – CETEM 11 São conhecidas atualmente cerca de 1550 espécies minerais distintas. Destas, cerca de 20 são elementos químicos e encontram-se no estado nativo (cobre, ouro, prata, enxofre, diamante, grafita etc.). O restante dos minerais é constituído por compostos, ou seja, com mais de um elemento químico (ex.: barita - BaS ). O , pirita - FeS • • • • • • • • • • • • 4 2 Na indústria mineral, os minérios ou minerais são geralmente classificados em três grandes classes: metálicos, não-metálicos e energéticos. A segunda classe pode ser subdividida em minerais industriais, gemas, e águas minerais. Os minerais industriais se aplicam diretamente, tais como se encontram ou após algum tratamento, ou se prestam como matéria prima para a fabricação de uma grande variedade de produtos. Minerais Metálicos Minerais de metais ferrosos são aqueles que têm uso intensivo na siderurgia e formam ligas importantes com o ferro: ferro, manganês, cromo e níquel. Minerais de metais não-ferrosos: cobre, alumínio, zinco, chumbo e estanho. Minerais de metais preciosos: ouro, prata, platina, ósmio, irídio e paládio. Minerais de metais raros: nióbio, escândio, índio, germânio, gálio etc. Minerais Não-Metálicos Minerais estruturais ou para construção - materiais de alvenaria, rochas ornamentais, agregados e minerais para cimento (brita, areia, calcário etc.) e rochas e pedras ornamentais (granitos, gnaisse, quartzitos, mármore, ardósia etc). Minerais cerâmicos e refratários: argila, feldspato, caulim, quartzo, magnesita, cromita, grafita, cianita, dolomita, talco etc. Minerais isolantes: amianto, vermiculita, mica etc. Minerais fundentes: fluorita, calcário, criolita etc. Materiais abrasivos: diamante, granada, sílica, corindon etc. Minerais de carga: talco, gesso, barita, caulim, calcita etc. Gemas ou pedras preciosas: diamante, esmeralda, safira, turmalina, topázio, águas marinhas etc. Águas minerais e subterrâneas. 12 Introdução ao Tratamento de Minérios Minerais Energéticos Radioativos: urânio e tório. • • Combustíveis fósseis: petróleo, turfa, linhito, carvão, antracito, que não sendo minerais no sentido técnico (não são cristalinos e nem de composição inorgânica) são estudados pela geologia e extraídos por mineração. NECESSIDADE DE BENEFICIAMENTO Freqüentemente, um bem mineral não pode ser utilizado tal como é lavrado. Quando o aproveitamento de um bem mineral vai desde a concentração até a extração do metal, a primeira operação traz vantagens econômicas à metalurgia, devido ao descarte de massa (rejeito), alcançado na etapa de concentração. Exemplo: um minério de scheelita, com teor de 0,25 a 0,45% WO não pode ser utilizado economicamente na metalurgia extrativa. Isto só é possível após concentração gravítica (jigue, mesa) ou por flotação, até a obtenção de concentrados com cerca de 70% WO . 3 3 Por outro lado, nem sempre é possível concentrar o minério, como é o caso das lateritas niquelíferas de Goiás, onde o seu aproveitamento só é viável partindo-se direto para a extração do metal por hidrometalurgia. Isto é devido à distribuição do níquel na rede cristalina dos minerais de ganga e, além do mais, sem nenhuma preferência por determinado mineral, impedindo assim uma concentração. Outrossim, pode ser interessante economicamente não chegar ao elemento útil, mas a um produto intermediário. Uma rota alternativa de processamento para as lateritas niquelíferas é o processo pirometalúrgico que leva ao ferroníquel, em vez de ao níquel metálico. Este processo consiste numa calcinação seguida de redução em forno elétrico. FINALIDADE ECONÔMICA E SOCIAL O tratamento de minérios, apesar de ser essencialmente técnico em suas aplicações práticas, não pode desprezar o conceito econômico. É impossível, na prática, obter uma separação completa dos constituintes minerais. Sabe-se, como regra geral, que quanto maior o teor dos concentrados, maiores são as perdas, ou seja, mais baixas são as recuperações. Como a obtenção de teores mais altos e melhores recuperações normalmente implica num aumento de custo do tratamento, para a obtenção de maiores lucros esses vários itens devem ser devidamente balanceados. Deve- se sempre ter em mente que os custos decorrentes de uma etapa adicional de tratamento Tratamento de Minérios 3a Edição – CETEM 15 PRYOR, E.J. Mineral Processing (3rd Edition) - London: Elsevier, 1965, Chap. 1. SAMPAIO, C.H. e TAVARES, L.M.M. Beneficiamento Gravimétrico. 2002. (no prelo) SAMPAIO, J. A., LUZ, A. B. , LINS, F. F. Usinas de Beneficiamneto de Minérios do Brasil, Publicação do CETEM, 2001. TRAJANO, R.B. Princípios de Tratamento de Minérios. 1966. WINTER, A.R. e SELVAGGI, J.A. Large scale superconducting separator for kaolin processing. Chemical Engineering Progress, p. 36-49, Jan. 1990. YUSUPOV, T.S.; HEEGEN, H.; SHUMSKAYA, L.G. Beneficiation and Mechamical – Chemical Alteration of Natural Zeolites. In: Proceeding of the XXI International Mineral Processing Congress, P.Ai44 – P.Ai51, Volume A, Rome Italy, July 2000. Gildo de Araújo Sá C. de Albuquerque Diretor Fernando Freitas Lins Chefe da Coordenação de Inovação Tecnológica Adão Benvindo da Luz Chefe do Serviço de Processamento Mineral