Baixe Cap. 01 - Tratamento de Minérios Cetem 4ª ed e outras Notas de estudo em PDF para Engenharia de Minas, somente na Docsity! Centro de Tecnologia Mineral Ministério da Ciência e Tecnologia INTRODUÇÃO AO TRATAMENTO DE MINÉRIOS Capítulo 1 Adão Benvindo da Luz Eng. de Minas, DSc. Fernando A. Freitas Lins Eng. Metalúrgico, DSc. Rio de Janeiro Dezembro/2004 CT2004-179-00 Comunicação Técnica elaborada para a 4a Edição do Livro de Tratramento de Minérios Pág. 3 a 16 Tratamento de Minérios 4a Edição – CETEM 3 CONCEITO DE TRATAMENTO DE MINÉRIOS Tratamento ou Beneficiamento de minérios consiste de operações  aplicadas aos bens minerais  visando modificar a granulometria, a concentração relativa das espécies minerais presentes ou a forma, sem contudo modificar a identidade química ou física dos minerais. Há, no entanto, autores que defendem um conceito mais amplo para o tratamento, como sendo um processamento no qual os minerais podem sofrer até alterações de ordem química, resultantes de simples decomposição térmica ou mesmo de reações típicas geradas pela presença do calor. A aglomeração (sinterização e pelotização) de minérios finos, ustulação e calcinação são consideradas, dentro desse conceito, como tratamento de minérios; preferimos considerá-las como sendo operações pirometalúrgicas. Os termos beneficiamento e tratamento serão usados, neste texto, indistintamente. Mineral é todo corpo inorgânico de composição química e de propriedades físicas definidas, encontrado na crosta terrestre. Minério é toda rocha constituída de um mineral ou agregado de minerais contendo um ou mais minerais valiosos, possíveis de serem aproveitados economicamente. Esses minerais valiosos, aproveitáveis como bens úteis, são chamados de minerais-minério. O mineral ou conjunto de minerais não aproveitados de um minério é denominado ganga. As operações de concentração  separação seletiva de minerais  baseiam-se nas diferenças de propriedades entre o mineral-minério (o mineral de interesse) e os minerais de ganga. Entre estas propriedades se destacam: peso específico (ou densidade), suscetibilidade magnética, condutividade elétrica, propriedades de química de superfície, cor, radioatividade, forma etc. Em muitos casos, também se requer a separação seletiva entre dois ou mais minerais de interesse. Para um minério ser concentrado, é necessário que os minerais estejam fisicamente liberados. Isto implica que uma partícula deve apresentar, idealmente, uma única espécie mineralógica. Para se obter a liberação do mineral, o minério é submetido a uma operação de redução de tamanho  cominuição, isto é, britagem e/ou moagem , que pode variar de centímetros até micrometros. Como as operações de redução de tamanho são caras (consumo de energia, meio moedor, revestimento etc.), deve-se fragmentar só o estritamente necessário para a operação seguinte. Para evitar uma cominuição excessiva, faz-se uso de operações de separação por tamanho ou classificação (peneiramento, ciclonagem etc.), nos circuitos de cominuição. Uma vez que o minério foi submetido à redução de tamanho, promovendo a liberação adequada dos seus minerais, estes podem ser submetidos à operação de separação das espécies minerais, obtendo-se, nos procedimentos mais simples, um concentrado e um rejeito. 6 Introdução ao Tratamento de Minérios Figura 1.2 - Fluxograma simplificado do beneficiamento de minério de ferro – Carajás. Fonte : Usinas de Beneficiamento de Minérios do Brasil – CETEM/ 2001 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) MB (2) CE(2) PD(4) 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) AMOSTRAGEM 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 TA 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) TA Tratamento de Minérios 4a Edição – CETEM 7 HISTÓRICO A história registra que, 400 anos antes da Era Cristã, os egípcios já recuperavam ouro 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 Georges 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 por meio 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 conseqüência deste esforço, verificando-se mais uma evolução incremental no desempenho dos processos. 8 Introdução ao Tratamento de Minérios Quadro 1.1. Cronologia das principais inovações ocorridas em tratamento de minérios (séculos XIX, XX e XXI). COMINUIÇÃO Moinho pilão descrito por Agrícola já no século XVI e operado por força hidráulica; mecanizado no século XIX, inicialmente com máquina a vapor e posteriormente força elétrica. Britador de rolos inventado na Inglaterra (1806); introduzido nos Estados Unidos em 1832. Britador de mandíbulas patenteado por Blake nos Estados Unidos (1858); primeiro uso em 1861 e logo após introduzido na Europa. Britador giratório inventado por Bruckner na Alemanha (1876); primeiro uso com minérios, nos EUA, em 1905. Moinho de barras testado primeiramente no Canadá em 1914. A partir de 1920 passou, gradualmente, a substituir o britador de rolos. Moagem autógena período de desenvolvimento (1945-1955); maior aplicação a partir de 1970. a partir de 1980 deu-se ênfase à fabricação de grandes moinhos com diâmetros em torno de 40 pés. Moinho de rolos de alta pressão (“high pressure roll mill”) desenvolvido na Alemanha na década de 80, aplicado inicialmente à indústria de cimento, nos últimos anos seu uso tem se estendido aos minérios convencionais (ferro, ouro etc.). Usado no Brasil, há alguns anos, na indústria de cimento e com minérios de ferro. SEPARAÇÃO POR TAMANHO E CLASSIFICAÇÃO classificação mecânica (1905) ciclone (1930) peneira DSM (1960) CONCENTRAÇÃO GRAVÍTICA Mesa Wilfley: patenteada em 1896, em largo uso em 1900. Separação em meio denso estática (1930-1940). Ciclone de meio denso (1945). Espiral de Humphreys (1943). Separador de meio denso Dynawhirlpool (DWP), em 1960. Concentrador centrífugo (1980), aplicado a minérios de ouro e depois a outros minérios. SEPARAÇÃO MAGNÉTICA E SEPARAÇÃO ELETROSTÁTICA Separador de baixa intensidade, imã permanente: apatita/magnetita (1853). Primeira aplicação da separação eletrostática foi com esfarelita/pirita (1907). Separador magnético via úmida de alta intensidade (1960). Separador magnético de alto gradiente (separador magnético criogênico), em 1989. Separador magnético de imã permanente de terras raras (anos 90). Tratamento de Minérios 4a Edição – CETEM 11 São conhecidas atualmente cerca de 1.550 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 - BaSO4 , pirita - FeS2 ). 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 rochas e 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, agregados (brita e areia) e minerais para cimento (calcário, areia etc.) e rochas e pedras ornamentais (granito, gnaisse, quartzito, 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, coríndon etc. Minerais de carga: talco, gipsita, barita, caulim, calcita etc. Minerais e rochas para a agricultura: fosfato, calcário, sais de potássio, feldspato, flogopita, zeólita etc. Minerais de uso ambiental: às vezes denominados de minerais verdes (como bentonita, atapulgita, zeólitas, vermiculita etc.), têm sua utilização (na sua forma 12 Introdução ao Tratamento de Minérios natural ou modificados) no tratamento de efluentes, na adsorção de metais pesados e espécies orgânicas, ou como dessulfurantes de gases (calcário). Gemas ou pedras preciosas: diamante, esmeralda, safira, turmalina, topázio, águas marinhas etc. Águas minerais e subterrâneas. 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 0,35 WO3 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% WO3 . 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. Tratamento de Minérios 4a Edição – CETEM 13 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 de um determinado bem mineral não devem ser maiores do que a agregação de valor ao produto assim obtido, salvo em situações especiais (em caso de guerra, por exemplo). O beneficiamento de minério, como toda e qualquer atividade industrial, está dirigido para o lucro. Há porém um conceito social que não pode ser desprezado, qual seja, o princípio da conservação dos recursos minerais, por se tratar de bens não renováveis. As reservas dos bens minerais conhecidos são limitadas e não se deve permitir o seu aproveitamento predatório, pois o maior lucro obtido, em menor prazo possível, dificilmente estará subordinado aos interesses sociais. Diz-se, a respeito, em contraposição à agricultura, que “minério só dá uma safra”. MEIO AMBIENTE Hoje, o aproveitamento dos recursos minerais deve estar comprometido com os requisitos do conceito de desenvolvimento sustentável (satisfazer as necessidades do presente sem prejudicar as futuras gerações); isso implica, entre outros fatores, no aproveitamento racional dos recursos naturais, preservando-se o meio ambiente. Na década de setenta, com o surgimento dos movimentos ambientalistas, exigências mais rígidas para abertura de novas minas fizeram-se necessárias, adotando- se, então, o Estudo de Impacto Ambiental- EIA e o Relatório de Impacto Ambiental- RIMA também para a mineração. Logo a seguir, surgiu o conceito de desativação de mina que passou a ser uma exigência já prevista no próprio projeto de lavra, vindo a se constituir em importante instrumento para se introduzir tecnologias de prevenção da poluição. O tratamento de minérios não chega a ser uma fonte de grande contaminação ambiental, em comparação com outras atividades industriais e com a agricultura, porém, é inegável que o descarte dos rejeitos das usinas de beneficiamento poderá eventualmente resultar num apreciável fator de poluição.