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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS – UFG REGIONAL CATALÃO ESPECIALIZAÇÃO EM TRATAMENTO DE MINÉRIOS JANAINA PAULA BORGES CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DO MINÉRIO DE FOSFATO ULTRAFINO DE CATALÃO/GO CATALÃO-GO MAIO/2014
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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS – UFG REGIONAL CATALÃO
ESPECIALIZAÇÃO EM TRATAMENTO DE MINÉRIOS
JANAINA PAULA BORGES
CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DO MINÉRIO DE FOSFATO ULTRAFINO DE CATALÃO/GO
CATALÃO-GO
MAIO/2014
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JANAINA PAULA BORGES
CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DO MINÉRIO DE FOSFATO
ULTRAFINO DE CATALÃO
Orientador: Dr. Maurício Guimarães Bergerman
Co-orientador: Augusto Miranda de Resende
CATALÃO-GO
MAIO / 2014
Monografia apresentada ao
curso de pós-graduação em
Tratamento de Minérios da
Universidade Federal de Goiás
– UFG, como requisito parcial
para obtenção do título de
Especialista em Tratamento de
Minérios.
3
AGRADECIMENTOS
A Deus pelo Dom da vida, sustentação nas horas difíceis, força para seguir nos
momentos de fraqueza e realização de mais um sonho.
Ao meu pai José Olair (in memoriam), que infelizmente não pode estar presente
neste momento da minha vida, mas não poderia deixar de agradecer a ele, pois se
hoje estou aqui, devo muitas coisas a ele e por seus ensinamentos e valores
passados. Obrigada por tudo! Saudades eternas!
A minha mãe, Abrilina, pelo incentivo nos estudos, pelo amor incondicional, apoio e
companheirismo sem o qual não seria possível vencer mais essa etapa da minha
vida.
A minha irmã, Janice, pelo apoio, incentivo e companheirismo.
Ao meu sobrinho, Caio Augusto, que com um simples sorriso me faz esquecer de
todas as ansiedades e angustia.
Ao meu orientador, Maurício Bergerman, e o meu co-orientador, Augusto Miranda,
pela oportunidade, orientação, incentivo e confiança depositada em mim para
realização deste trabalho.
Aos meus colegas de trabalho da Vale Fertilizantes e Rodes pela amizade,
companheirismo e apoio na realização deste trabalho.
Aos Professores da pós-graduação em Tratamento de Minérios que colaboraram
para a ampliação de meus conhecimentos.
Aos funcionários da Universidade Federal de Goiás, Regional Catalão, que
colaboraram direta e indiretamente para minha formação.
À Universidade Federal de Goiás, Regional Catalão, e à Vale Fertilizantes que
oportunizaram a realização deste trabalho.
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RESUMO
O esgotamento das jazidas com altos teores e o aumento do consumo de bens
minerais, vem fazendo com que as indústrias minerais busquem cada dia mais o
desenvolvimento sustentável. O aproveitamento das partículas ultrafinas foi uma
alternativa de sucesso para aumento das recuperações do processo na indústria de
fosfato. Hoje a produção de concentrado ultrafino corresponde a cerca de 15% da
produção global de fosfato da Vale Fertilizantes Unidade de Catalão/GO e vem
sendo buscado cada vez mais pelo mercado de fertilizantes. Com isso, observa-se a
necessidade da caracterização tecnológica deste minério, focando a otimização do
circuito através da previsibilidade do mesmo. Neste trabalho foi avaliado a
implementação de uma metodologia de caracterização da alimentação do circuito de
ultrafinos, onde foram realizados estudos em planta piloto e amostragem no
processo industrial. Os principais parâmetros avaliados foram a análise química e
granulométrica das alimentações da flotação convencional e de ultrafinos no
processo industrial e no processo de caracterização em planta piloto. Os resultados
obtidos no circuito em planta piloto mostram que as características granulométricas
das alimentações da flotação representam o processo industrial, enquanto que as
análises químicas apresentam um desvio superior ao aceitável pelo processo de
análise química. É necessário, portanto, adaptações no processo de deslamagem
em escala piloto para aproximar os resultados de análise química das alimentações
das flotações, convencional e de ultrafinos, ao processo industrial.
Palavras-chave: Circuito de ultrafinos, caracterização tecnológica, fosfato.
5
ABSTRACT
The depletion of minerals deposits with high grade and the increase consumption of
minerals products made the mineral industrie seek increasingly the sustainable
development. The ultrafine particles recovery was a successful alternative to
increase phosphate recovery. Nowadays, the production of ultrafine concentrate
represents about 15% of global production in Catalão/GO unit of minerals processing
which have been demanded each day for more production to supply the fertilizers
industries. Therefore, there is a need to take the technological characterization of this
ore, targeting the optimization of mineral circuit throught better production prediction.
In this work, a methodology to characterize the feed in ultrafine circuit where
implemented based in pilot plants and sampling in industrial process. The mainly
parameters available was chemical analyses and granulometry of conventional and
ultrafine flotation feed in plant and in the pilot plant. The results shows that particles
sizes characterizations of flotation feed at the pilot plant represented the industrial
process, in other hand, the chemical analyses show more deviation than the
acceptable in chemical analyses. With that, it’s necessary to make adjusts in the
deslaming process in order to approximate the results of chemical analyses in
conventional and ultrafine flotation feeds, in the pilot plant to the industrial process.
Keywords: Ultrathin circuit, technological characterization, phosphate
6
LISTA DE FIGURAS
Figura 1- Fluxograma esquemático do circuito de ultrafinos no beneficiamento do
minério fosfático da Vale Fertilizantes de Catalão/GO .............................................. 10
Figura 2 - Apatita ...................................................................................................... 14
Figura 3 - Fluxograma simplificado de beneficiamento de rocha fosfática da Vale
Fertilizantes ............................................................................................................... 17
Figura 4 - Esquema simplificado da produção de fertilizantes ................................. 18
Figura 5 - Efeito do tamanho das partículas na recuperação metalúrgica ............... 19
Figura 6 - Circuito Convencional da usina de beneficiamento de Catalão ............... 23
Figura 7 - Circuito Ultrafino da usina de beneficiamento de Catalão ........................ 24
Figura 8 - Fluxograma atual da caracterização tecnológica em planta piloto ........... 26
Figura 9 - Fluxograma de caracterização em planta piloto incluindo o circuito de
ultrafinos ................................................................................................................... 27
Figura 10 - Curva granulométrica da alimentação da flotação convencional ........... 30
Figura 11 - Análise granulométrica da alimentação da flotação de ultrafinos
caracterização em planta piloto ................................................................................ 32
Figura 12 - Análise granulométrica da alimentação da flotação de ultrafinos processo
industrial ................................................................................................................... 33
Figura 13 - Análise granulométrica da alimentação da flotação de ultrafinos .......... 33
Figura 14 - Balanço de Massas do processo industrial da usina de beneficiamento 34
Figura 15 - Balanço de Massas do processo de caracterização em planta piloto .... 35
7
LISTA DE TABELAS
Tabela 1- Reservas e produção mundial de fosfato ................................................. 13
Tabela 2 - Reservas Fosfáticas 2000 ........................................................................ 15
Tabela 3 - Análises realizadas por fluxo amostrado ................................................. 24
Tabela 4 - Análise química da alimentação da flotação convencional ..................... 29
Tabela 5 - Análise química da alimentação da microdeslamagem ........................... 31
Tabela 6 - Análise química da alimentação da flotação de ultrafinos ....................... 31
8
SUMÁRIO
1- Introdução ...................................................................................................................................... 9
2- Justificativa .................................................................................................................................... 11
3- Objetivos ....................................................................................................................................... 12
3.1- Objetivo geral ............................................................................................................................. 12
4- Revisão Bibliográfica ..................................................................................................................... 13
4.1- Fosfato ....................................................................................................................................... 13
4.2- Lavra e beneficiamento mineral do depósito de Catalão/GO ................................................... 16
4.3- Partículas ultrafinas.................................................................................................................... 18
4.4- Caracterização Tecnológica ........................................................................................................ 20
5- Metodologia .................................................................................................................................. 22
5.1 – Coleta das amostras ................................................................................................................. 22
5.2- Caracterização Tecnológica em Planta Piloto ............................................................................ 25
5.2.1- Método Atual de caracterização em planta piloto ............................................................. 25
5.2.2. Método incluindo a etapa de microdeslamagem no processo de caracterização da planta
pilto, porém sem realizar a flotação de ultrafinos ........................................................................ 26
5.3. Analise granulométrica e análise química ................................................................................. 28
6- Resultados e Discussões ................................................................................................................ 29
6-1. Circuito Convencional ................................................................................................................ 29
6-2. Circuito de Ultrafinos ................................................................................................................. 30
6-2. Balanço de Massas ..................................................................................................................... 34
7- Conclusões..................................................................................................................................... 36
9
1- Introdução
O conceito de desenvolvimento sustentável vem sendo buscado cada dia mais pela
indústria mineral, principalmente com o esgotamento das jazidas com altos teores e
o aumento do consumo de bens minerais.
Devido a isso as empresas vêm buscando novas tecnologias de beneficiamento de
minérios com teores mais pobres ou pela utilização dos mesmos para outras
aplicações. Dentre as alternativas de beneficiamento desses minérios podemos citar
o aproveitamento dos rejeitos das barragens, dos minérios ultrafinos, dentre outros.
De acordo com esse pensamento o Complexo Mineroquímico de Catalão/GO da
empresa Vale Fertilizantes implementou em 1995 o circuito de ultrafinos, buscando o
aproveitamento dessas partículas para flotação.
O circuito é composto inicialmente pela a deslamagem, alimentada por partículas
ultrafinas com P80 em torno de 37 micrômetros, onde através de hidrociclones de
1,5" se efetua um corte em 5 micras em três estágios em série para adequação
granulométrica da polpa ao circuito de flotação de ultrafinos.
O circuito de flotação de ultrafinos é realizado em colunas rougher e cleaner e
células mecânicas na etapa scavenger, onde ocorre um enriquecimento do teor de
P2O5 em torno de 14% para 33,5%. Na figura 1 é apresentado o fluxograma
esquemático do circuito de ultrafinos no beneficiamento da apatita pela empresa
Vale Fertilizantes.
10
Figura 1- Fluxograma esquemático do circuito de ultrafinos no beneficiamento do
minério fosfático da Vale Fertilizantes de Catalão/GO.
Fonte: Autoria Própria
11
2- Justificativa
A produção de concentrado ultrafino corresponde a cerca de 15% da produção
global da unidade de Catalão da Vale Fertilizantes, sendo que este produto vem
sendo buscado cada vez mais pelo mercado de fertilizantes, com isso torna-se
necessária a caracterização tecnológica deste material, focando na otimização do
circuito através da previsibilidade da alimentação do mesmo e buscando o aumento
de produção.
A caracterização tecnológica de minérios é uma etapa fundamental para o máximo
aproveitamento de um recurso mineral. É um ramo especializado aplicado ao
beneficiamento de minérios que estuda aspectos específicos da mineralogia dos
minérios e as informações obtidas são utilizadas para desenvolvimento e otimização
de processos.
12
3- Objetivos
3.1- Objetivo geral
Avaliar a implementação de uma metodologia de caracterização da alimentação do
circuito de ultrafinos do minério apatítico da Vale Fertilizantes Catalão/GO.
Objetivos específicos:
Suprir o planejamento de lavra de informações do circuito de ultrafinos;
Auxiliar na operação do circuito;
Garantir maior previsibilidade de resultados do circuito de ultrafinos por pilha
que alimenta a usina de beneficiamento.
13
4- Revisão Bibliográfica
4.1- Fosfato
O fósforo é o elemento químico de número atômico 15 da Tabela Periódica dos
Elementos, presente em certa abundância na natureza sendo o décimo elemento
mais comum, com uma concentração média de 1.050 ppm na crosta terrestre e
teores médios de 8.690 ppm em carbonatitos, 650 ppm em granitos e 390 ppm em
diabásios (HEINRIC, 1966; MASON, 1971).
Este elemento é essencial para a vida vegetal e animal e, juntamente com o
nitrogênio e o potássio, é indispensável na composição de fertilizantes usados na
agricultura. De acordo com a tabela 1, em 2010 a produção nacional de rocha
fosfática foi de 6.192 milhões de toneladas, sendo o Brasil considerado o sexto
maior produtor no ranking mundial (DNPM/SEDE; 2011). A tabela 1 ilustra as
reservas e a produção mundial de fosfato.
Tabela 1- Reservas e produção mundial de Fosfato
Fontes: DNPM/DIPLAM, 2011.
A utilização de materiais contendo fósforo como fertilizantes é tão antiga que não há
registro de seu início. Excrementos de aves eram usados pelos cartagineses mais
14
de 200 anos a.C. e os incas utilizavam guano muito antes da chegada dos
espanhóis (LOUREIRO et al., 2005).
O fósforo foi isolado pela primeira vez em 1669 pelo cientista alemão Henning
Brandt ao evaporar grandes quantidades de urina humana. Só cem anos mais tarde
o químico sueco Johan Gottlieb Gahn descobre sua presença nos ossos e dez anos
depois no mineral piromorfita (fosfato de chumbo). Foi somente em 1840 que o
químico alemão Justus Von Liebig formulou a base científica de produção de ácido
fosfórico. Em 1842, o fazendeiro inglês Bennet Lawes patenteou um processo de
acidulação de nódulos fosfatados (coprólitos) e deu a este produto o nome de
superfosfato, que se mantém até hoje (WAGGAMAN, 1969).
A obtenção de fósforo se dá principalmente a partir do beneficiamento de rocha
fosfática contendo apatita (Ca5(PO4)3), conforme ilustrado na figura 2, que apresenta
as seguintes variantes: hidroxiapatita, fluorapatita e clorapatita dependendo dos íons
Hidróxido(OH-), Fluoreto(F-), e Cloreto(Cl-), respectivamente, presentes em sua
estrutura cristalina. Apresenta como principais impurezas a hematita (Fe2O3) e o
quartzo (SiO2) (PAIVA et al, 2004).
Figura 2 - Apatita
Fonte Banco de dados UNEFP
O Brasil é um dos maiores produtores mundiais de alimentos e o agronegócio é um
dos mais fortes segmentos da sua economia: representa um terço da riqueza do
país, 42% da receita de exportações e é responsável por 17,7 milhões de
trabalhadores no campo (ANDEF, 2004).
15
Cerca de 80% das jazidas brasileiras de fosfatados naturais são, em geral, de
origem ígnea com presença acentuada de rocha carbonatítica e minerais micáceos
com baixo teor de P2O5, enquanto que em termos mundiais esse percentual está em
torno de 17% (DNPM/DIPLAM, 2001.).
As reservas totais de rocha fosfática no país, em 2000, chegam à casa dos quatro
bilhões de toneladas e evoluíram numa taxa real de crescimento de 3,3% a.a. entre
1988-2000. Dessas, cerca de 3,3 bilhões representam a soma das reservas medidas
(56,6%) e indicadas (24,3% do total), com 222,3 milhões de toneladas de P2O5
contido na reserva medida (DNPM/DIPLAM, 2001).
Esse patrimônio fosfático está distribuído nos estados produtores de Minas Gerais
com 73,8%, Goiás com 8,3% e São Paulo com 7,3%, que juntos participam com
89,4% das reservas totais do país, seguido dos estados de Santa Catarina, Ceará,
Pernambuco, Bahia e Paraíba, com os 10,6% restantes, conforme ilustrado na
tabela 2 (DNPM/DIRIN, 2001).
Tabela 2 - Reservas Fosfáticas 2000
Reservas Oficialmente Aprovadas de Rocha Fosfática – 2000
UF Medida Indicada
Inferida Total Minério Contido Teor (P2O5%) T
BA 19.736.103 3.016.889 15,29 6.289.518 4.173.276 30.198.897
CE 89.178.080 9.809.589 11,00 3.806.723 1.279.485 94.264.288
GO 287.820.974 31.352.991 10,89 17.636.000 32.207.000 337.663.974
MG 1.484.767.359 138.016.256 9,30 681.011.119 815.911.128 2.981.689.606
PB 9.693.081 11.567.764 11,93 10.278.705 - 19.971.786
PE 21.467.344 4.528.312 21,09 6.496.584 5.572.863 33.536.791
SC 247.770.000 15.336.963 6,19 - 247.770.000
SP 127.765.030 8.746.745 6,85 167.580.000 - 295.345.030
Total 2.288.197.971 222.375.509 11,57 893.098.649 859.143.752 4.040.440.372
Fonte: DNPM/DIRIN, 2001.
Os depósitos cubados relacionados a carbonatitos dos complexos de Araxá/Tapira
(MG), Catalão/Ouvidor (GO), Jacupiranga/Cajati (SP) e o complexo
alcalinocarbonatítico de Mairicuru (MA) ainda em estudo, estão relacionados aos
16
ambientes geológicos, onde ocorreu intensa atividade vulcânica, representando os
denominados depósitos ígneos (DNPM/DIRIN, 2001).
Depósitos de origem sedimentar também ocorrem no país, em Estados do Nordeste,
principalmente em Pernambuco, podendo ser ainda encontrado em locais de outros
estados, como Minas Gerais – município de Lagamar, onde ocorre depósito com
rochas mineralizadas em fosfato nas unidades litológicas da formação Paraopeba,
integrante do Grupo Bambuí, onde a sequência fosfática está encaixada em siltitos e
folhelhos calcíferos, mostrando-se localmente pouco metamorfizada do Grupo
Bambuí (DNPM/DIRIN, 2001).
4.2- Lavra e beneficiamento mineral do depósito de Catalão/GO
O complexo Ultramáfico de Catalão como é conhecido em termos geológicos, foi
descoberto em 1884 pelo geólogo francês Eugene Hussak, porém somente em 1967
e o DNPM iniciou as prospecções da jazida, visando um programa conjunto de
fosfato, nióbio e titânio. Em 1968 a METAGO deu continuidade às pesquisas e
decidiu extrair e beneficiar o minério de fosfato.
A jazida de fosfato da região de Catalão/Ouvidor formada por chaminés alcalinas,
tem como objetivo a produção de concentrado de apatita para a fabricação de
fertilizantes. O mineral-minério é a apatita e ocorre associado a outros minerais de
titânio, nióbio, ferro, sílica e bário.
No Brasil, a lavra das jazidas de fosfatos, totalmente mecanizada, é realizada a céu
aberto. Os equipamentos utilizados variam de empresa para empresa e de mina
para mina. Em Tapira (MG), a maior mina produtora de concentrados fosfáticos do
Brasil, as bancadas têm 13 metros de altura. Já em Catalão I (GO) da empresa Vale
Fertilizantes com lavra executada em duas cavas, os bancos têm 5 a 10 metros de
altura e as bermas são de 15 metros (LOUREIRO et al, 2005).
O processo de beneficiamento mineral de apatita tem como objetivo atingir um
concentrado apatítico com a qualidade adequada para sua utilização como matéria
prima na fabricação de fertilizantes. Isso significa que este deve ter um teor médio
de P2O5 de 35% e baixos teores de impurezas (TESTA, 2008).
17
Os processos de beneficiamento de minérios fosfáticos, no Brasil, compreendem,
normalmente as etapas de: (TESTA, 2008).
Britagem (primária, secundária e até terciária, por vezes);
Estocagem e homogeneização;
Moagem primária e separação magnética de baixo campo;
Moagem secundária e classificação;
Deslamagem;
Concentração por flotação;
Espessamento.
No Complexo Mineroquímico de Catalão da Vale Fertilizantes segue-se o processo
tradicional de beneficiamento de fosfato, conforme o fluxograma simplificado, figura
3.
Figura 3 - Fluxograma simplificado de beneficiamento de rocha fosfática da Vale
Fertilizantes
Fonte: Autoria própria.
18
A produção de fertilizantes a partir de minérios fosfatados naturais é realizada em
complexos industriais constituídos por unidades que podem agrupar-se numa
mesma área ou atuarem separadamente, conforme ilustrado na figura 4 (LOUREIRO
et al, 2005).
Figura 4 - Esquema simplificado da produção de fertilizantes
Fonte: Loureiro et al. (2005).
4.3- Partículas ultrafinas
Devido ao aumento do consumo de bens minerais e ao esgotamento dos jazimentos
com altos teores, a indústria mineral vem sendo forçada a explorar os depósitos com
baixos teores. Tal exploração vem provocando uma maior moagem para liberação
dos minerais, gerando uma quantidade maior de partículas finas com granulométrica
entre 40 e 13 µm e ultrafinas (< 13 µm) para serem processadas (TESTA, 2008).
As partículas finas e ultrafinas possuem uma baixa recuperação na flotação. Dentre
os fatores que influenciam na recuperação dessas partículas são (TESTA, 2008):
19
Baixa probabilidade de colisão com as bolhas devido a probabilidade de
colisão,
Alto arraste hidráulico pelas linhas de fluxos de água causado pela
probabilidade de colisão das partículas;
Alto consumo de reagentes devido à alta área superficial por unidade de
massa;
São mais passíveis ao mecanismo de slimes coating (recobrimento por
lamas), devido à sua alta área superficial que torna as partículas mais
reativas,
São mais afetadas por íons em solução presentes na água de processo,
devido a sua maior reatividade.
A figura 5 apresenta a influência da granulometria na recuperação.
Figura 5 - Efeito do tamanho das partículas na recuperação metalúrgica.
Fonte: Testa, 2008
A flotação das partículas de lama junto com as partículas grossas prejudica a
recuperação de partículas de melhor flotabilidade, tornando-a ineficiente devido à
pequena massa, alta superfície específica e alta energia de superfície. Por isso a
necessidade da retirada da lama (<5 µm) antes do processo de flotação (PAIVA et
al, 2004).
Com o desenvolvimento de novas tecnologias cada dia mais vem sendo possível
aumentar a recuperação dessas partículas finas e ultrafinas. Dentre as principais
20
alternativas sugeridas têm-se processos que envolvem fase orgânica, processos de
flotação em coluna, deslamagem realizada em micro hidrociclones, processos
baseados na agregação de partícula (floculação por cisalhamento, a flotação
transportadora e auto transportadora e condicionamentos em alta intensidade) e
processos baseados na otimização de captura de bolhas (PAIVA et al, 2004).
Na flotação em coluna, o problema da colisão entre as partículas e as bolhas é
minimizado através da alimentação da polpa próxima ao topo da coluna e a
alimentação do ar pelo fundo da coluna, originando-se assim um escoamento em
contracorrente das partículas e das bolhas. Um dos fatores que auxiliam no aumento
da recuperação das colunas é a diminuição da flotação por arraste hidráulico devido
às elevadas alturas da camada de espuma e a utilização de água de lavagem. Além
disso, a agitação é menor que na célula, minimizando o risco de destruição dos
agregados formados (LUZ et al., 2004).
No Complexo Mineroquímico de Catalão da Vale Fertilizantes o circuito de
concentração por flotação é dividido em grossos, finos e ultrafinos. As colunas de
flotação são utilizadas nos circuitos de finos e ultrafinos, sendo as etapas rougher e
cleaner realizadas em colunas enquanto a etapa scavenger é realizada em células
mecânicas.
A produção de concentrados fosfáticos a partir de partículas ultrafinas (< 40 mm –
“lamas”) que até pouco tempo eram descartadas, representa de 11 a 13% da
produção nacional (PAIVA et al, 2004).
4.4- Caracterização Tecnológica
A caracterização tecnológica é uma etapa fundamental para o aproveitamento de um
recurso mineral de forma otimizada, pois fornece ao engenheiro os subsídios
mineralógicos e químicos necessários ao correto dimensionamento da rota de
processo, ou permite identificar, com precisão, ineficiências e perdas em processos
existentes, possibilitando a otimização do rendimento global de uma planta. Através
dela é possível quantificar o mineral de interesse, ganga e a distribuição dos
21
elementos em cada um dos fluxos, permitindo assim o cálculo da recuperação dos
mesmos nos processos (LUZ et al., 2004).
Além disso, permite o ajuste nas variáveis de processo a partir das características
físicas e químicas dos minerais gerando informações potencialmente úteis na
definição das rotas de processamento.
A maneira de se caracterizar uma amostra de minério varia muito com a própria
mineralogia e as propriedades inerentes ao minério, bem como com os objetivos e a
abrangência da caracterização, com as possíveis rotas de processamento e com a
disponibilidade de tempo, capacidade analítica e recursos financeiros (LUZ et al.,
2004).
No complexo Mineroquímico de Catalão da Vale Fertilizantes, a caracterização
tecnológica tem como objetivo simular o processo industrial, possibilitando assim a
identificação de algumas variáveis importantes de processo bem como suas
características físicas e químicas. Dentre as variáveis de processos analisadas
podemos destacar as seguintes:
Tempo de moagem variável que indica a compacidade do minério permitindo
assim identificar com antecedência possíveis problemas na moagem;
Dosagens de reagentes;
Recuperação mássica e metalúrgica global e em cada uma das etapas;
Quantificação de lamas;
Quantificação de material magnético.
22
5- Metodologia
5.1 – Coleta das amostras
Os testes foram realizados com amostras de polpa provenientes da usina de
beneficiamento da Vale Fertilizantes, localizada em Catalão-GO, Brasil.
Foram coletadas as seguintes amostras da pilha de alimentação usina de
numeração 1768, para estudos da caracterização da alimentação da flotação de
ultrafinos:
1. Alimentação da planta (ALPL);
2. Alimentação da flotação de grossos (PCG);
3. Alimentação da flotação de finos (PCF);
4. Alimentação da flotação de ultrafinos (ALFTU);
5. Alimentação da microdeslamagem do circuito de ultrafinos;
6. Lama final (LF).
No circuito convencional da usina de beneficiamento da Vale Fertilizantes Complexo
de Catalão/GO o minério retomado da pilha de homogeneização alimenta uma etapa
de moagem de barras e passa por uma separação magnética de baixo campo onde
é retirada a magnetita. O material não magnético alimenta uma etapa de moagem de
bolas, sendo que o produto é classificado em hidrociclones, onde o underflow
retorna para a moagem e o overflow alimenta uma etapa de deslamagem (1ª
deslamagem) onde o overflow alimenta uma nova etapa de deslamagem (2ª
deslamagem) e o underflow alimenta uma segunda etapa de moagem de bolas. O
produto da moagem secundária de bolas é classificado em hidrociclones onde o
underflow retorna para a moagem secundária de bolas e o overflow alimenta uma
nova etapa de deslamagem (4ª deslamagem) sendo o underflow desta etapa é a
alimentação da flotação de grossos e o overflow juntamente com o underflow da 2ª
deslamagem alimenta outra etapa de deslamagem (3ªdeslamagem). O underflow da
3ª deslamagem é a alimentação da flotação de finos e o overflow juntamente com o
overflow da 2ª deslamagem alimenta a microdeslamagem de ultrafino.
A figura 6 representa os pontos amostrados no circuito convencional.
23
Figura 6 - Circuito Convencional da usina de beneficiamento de Catalão
Fonte: Autoria Própria
Já no circuito de ultrafinos da usina de beneficiamento, os overflows das etapas da
2ª e 3ª deslamagem, alimenta uma etapa de microdeslamagem (1ª
microdeslamagem) onde o overflow é considerado lama final e o underflow alimenta
uma nova etapa de microdeslamagem (2ª microdeslamagem) sendo que o overflow
desta etapa é considerado lama final juntamente com o overflow da primeira etapa
de microdeslamagem e o underflow alimenta outra etapa de microdeslamagem (3ª
microdeslamagem). O overflow da 3ª microdeslamagem alimenta novamente o
circuito de microdeslamagem e o underflow é a alimentação da flotação de
ultrafinos.
A figura 7 representa os pontos amostrados no circuito ultrafino.
24
Figura 7 - Circuito Ultrafino da usina de beneficiamento de Catalão
Fonte: Autonomia própria
A tabela 3 apresenta as análises que foram realizadas com as amostras coletadas
no circuito industrial
Tabela 3 - Análises realizadas
Fonte : Autonomia Própria
Fluxo Composição Análise Granulométrica
Análise química
Caracterização em Planta
Piloto
ALPL ALPL X X
PCG Alimentação da flotação
convencional X X
PCF
Overflow 2ª deslamagem LF
X
Overflow 3ª deslamagem
ALFTU ALFTU X X
Alimentação 1ª microdeslamagem Alimentação 1ª
microdeslamagem X X
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5.2- Caracterização Tecnológica em Planta Piloto
A amostra da Alimentação da Planta foi utilizada na caracterização tecnológica em
planta piloto, onde foram realizados ensaios seguindo duas metodologias:
Método atual de caracterização em planta piloto;
Método de caracterização em planta piloto incluindo a etapa de
microdeslamagem, porém sem realizar a flotação de ultrafinos.
5.2.1- Método Atual de caracterização em planta piloto
Foram utilizados os equipamentos rotineiros do circuito de caracterização da planta
piloto de Catalão/GO, onde o processo é totalmente realizado em batelada e é
contemplado por uma etapa de classificação realizada em peneirador industrial
50X50 cm com peneira de 65#, onde o oversize alimenta uma etapa de moagem em
moinho de barras que permanace em circuito fechado com o peneiramento até que
o oversize represente de 10 a 13% da alimentação da caracterização e o undersize
desta etapa alimenta uma etapa de separação magnética de baixo campo com 1200
gauss, retirando a magnetita. O não magnético alimenta um circuito de deslamagem
em hidrociclone de 40 cm e pressão de 4 psi onde o overflow é considerado lama
final e o underflow a alimentação da flotação convencional.
O produto da moagem alimenta uma etapa de separação magnética de baixo campo
com 1200 gauss, onde a magnetita é retirada. O material não magnético desta etapa
alimenta a flotação convencional juntamente com o underflow da deslamagem,
conforme demonstrado na fígura 8.
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Figura 8 - Fluxograma atual de caracterização tecnológica em planta piloto.
Fonte: Autonomia própria
Foram realizadas análise granulométrica e química das amostras coletadas neste
circuito.
5.2.2. Método incluindo a etapa de microdeslamagem no processo de caracterização da
planta pilto, porém sem realizar a flotação de ultrafinos
Foram utilizados os equipamentos rotineiros do circuito de caracterização, incluindo
um hidrociclone de 1” para microdeslamagem de ultrafinos. Sendo contemplado por
uma etapa de classificação realizada em peneirador industrial 50X50 cm com
peneira de 65#, onde o oversize alimenta uma etapa de moagem em moinho de
barras que permanece em circuito fechado com o peneiramento até que o oversize
represente de 10 a 13% da alimentação da caracterização e o undersize desta etapa
alimenta uma etapa de separação magnética de baixo campo com 1200 Gauss,
retirando a magnetita. O não magnético alimenta um circuito de deslamagem em
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hidrociclone de 40 cm e pressão de 4 psi onde o overflow é alimenta o circuito de
microdeslamagem em hidrociclone de 1” e o underflow a alimentação da flotação
convencional.
O produto da moagem alimenta uma etapa de separação magnética de baixo campo
com 1200 gauss, onde a magnetita é retirada. O material não magnético desta etapa
alimenta a flotação convencional juntamente com o underflow da deslamagem. O
overflow da etapa de microdeslamagem é considerado lama final e o underflow é
considerado a alimetação da flotação de ultrafinos.
A etapa de flotação foi realizada com alimentação da flotação do circuito
convencional, sendo que a amostra da alimentação da flotação de ultrafinos foi
analisada e posteriormente descartada.
A figura 9 representa os pontos amostrados no circuito incluindo a etapa de
microdeslamagem, porém sem realizar a flotação de ultrafinos.
Figura 9 - Fluxograma de caracterização tecnológica em planta piloto incluindo
circuito de ultrafinos
Fonte: Autonomia Própria
Foram realizadas análise granulométrica e química das amostras coletadas neste
circuito.
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5.3. Analise granulométrica e análise química
As análises granulométricas do material de granulometria grosseira foram realizadas
utilizando peneirador suspenso na unidade da Vale Fertilizantes de Catalão, sendo
que as análises granulométricas das partículas finas e ultrafinas foram realizadas
utilizando o Malvern 2000 G no laboratório da unidade da Vale Fertilizantes de
Araxá.
As análises químicas foram realizadas na unidade da Vale Fertilizantes de Catalão,
utilizando aparelho de fluorescência de raios X - PW AXIOS 4400.
Todos os ensaios e análises foram realizados em triplicatas, para maior
confiabilidade dos resultados.
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6- Resultados e Discussões
6-1. Circuito Convencional
A tabela 4 mostra os valores de teores médios das alimentações da flotação
convencional coletadas no processo industrial e no processo de caracterização,
sendo que o erro considerado aceitável para análise química é de 5%, baseado nos
erros fundamentais do processo das etapas de preparação de amostras, fusão e
análise por fluorescência de raios-x.
Tabela 4 - Análise química da alimentação da flotação convencional
Os resultados apresentados demostram que o processo de caracterização em planta
piloto da alimentação da flotação apresenta um valor superior em teor de P2O5 ao
processo industrial, com uma diferença significativa no de Fe2O3, indicando um
processo de separação magnética de baixa concentração mais eficiente na planta
piloto do que no processo industrial.
O teor de P2O5 da alimentação da flotação de convencional do processo de
caracterização em planta piloto apresenta uma diferença de 0,87 em relação ao
processo industrial, desvio esse próximo ao desvio aceitável pela Planta Piloto da
Vale Fertilizantes Catalão/GO baseado em seus métodos de QAQC para análise
química de 0,84;
A figura 10 apresenta a curva granulométrica do passante, respectivamente, para
alimentações da flotação convencional coletadas no processo industrial e no
processo em planta piloto.
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Figura 10 - Curva Granulométrica da alimentação da flotação convencional
Fonte: Autonomia própria
De acordo com os resultados apresentados as características granulométricas da
alimentação da flotação convencional em planta piloto representam o processo
industrial.
6-2. Circuito de Ultrafinos
A tabela 5 mostra os valores de teores médios das alimentações da
microdeslamagem do circuito de ultrafinos coletadas no processo industrial e no
processo em planta piloto.
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Tabela 5- Análise química da alimentação da microdeslamagem
Fonte: Autonomia própria
O teor de P2O5 da alimentação microdeslamagem do processo de caracterização em
planta piloro apresenta uma diferença de 0,90 em relação ao processo industrial,
desvio esse superior ao desvio aceitável pela Planta Piloto da Vale Fertilizantes
Catalão/GO baseado em seus métodos de QAQC para análise química de 0,67.
A tabela 6 mostra os valores de teores médios das alimentações da flotação de
ultrafinos coletadas no processo industrial e no processo de caracterização.
Tabela 6- Análise química da alimentação da flotação de ultrafinos
Fonte: Autonomia própria
Os resultados apresentados demostram que o processo de caracterização da
alimentação da flotação de ultrafinos apresenta um valor significativamente menor
de teor de P2O5 comparado ao mesmo fluxo no processo industrial, causado
possivelmente por uma alimentação com teor mais baixo da microdeslamagem no
processo em planta piloto.
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O teor de P2O5 da alimentação da flotação de ultrafinos do processo de
caracterização apresenta uma diferença de 1,62 em relação ao processo industrial,
desvio esse superior ao desvio aceitável pela Planta Piloto da Vale Fertilizantes
Catalão/GO baseado em seus métodos de QAQC para análise química de 0,81.
As figuras 11 e 12 apresentam as curvas granulométricas do passante para
alimentações da flotação ultrafinos coletadas no processo de caracterização e no
processo industrial, respectivamente. As análises granulométricas foram realizadas
em triplicatas e de acordo com os dados podemos perceber uma boa
reprodutibilidade dos resultados.
Figura 11- Análise granulométrica da alimentação da flotação de ultrafinos na
caracterização
Fonte: Autonomia própria
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Figura 12- Análise granulométrica da alimentação da flotação de ultrafinos usina
Fonte: Autonomia Própria
A figura 13 apresenta a curva granulométrica do passante para alimentações da
flotação de ultrafinos coletadas no processo industrial e no processo de
caracterização.
Figura 13- Análise granulométrica da alimentação da flotação de ultrafinos
Fonte: Autonomia própria
De acordo com o gráfico apresentado as características granulometrias da
alimentação da flotação de ultrafinos do processo de caracterização em planta piloto
representam o processo industrial.
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6-2. Balanço de Massas
A figura 14 representa o balanço de massas do processo de preparação da pilha
1768 do processo industrial da usina de beneficiamento da Vale Fertilizantes
Complexo Catalão/GO.
Figura 14- Balanço de Massas do processo industrial da usina de beneficiamento
Fonte: Autonomia própria
A figura 15 representa o balanço de massas do processo de preparação da pilha
1768 do processo caracterização em planta piloto.
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Figura 15 - Balanço de Massas do processo caracterização em planta piloto
Fonte: Autonomia própria
Nas figuras 14 e 15 podemos observar que a separação magnética do circuito de
caracterização é mais eficiente do que no processo industrial, enquanto a
caracterização elimina 15,8% de massa magnética o processo industrial elimina
12,8%, isso explica o fato do teor de Fe2O3 da alimentação da flotação maior no
processo industrial do que na planta piloto.
A massa de alimentação da flotação convencional é similar em ambos os circuitos,
sendo de 55,4% para o processo industrial contra 53,6 para a caracterização. Já a
massa de alimentação da flotação de ultrafinos é relativamente menor na
caracterização do que no processo industrial, sendo 9,8% e 5,8% respectivamente.
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7- Conclusões
Os resultados obtidos no presente trabalho de avaliação da implementação de uma
metodologia de caracterização tecnológica em planta piloto da alimentação do
circuito flotação de ultrafinos permitem estabelecer às seguintes conclusões:
1- Com base nos resultados do estudo é recomendado alterações na
configuração da deslamagem convencional da caracterização, a fim de
aproximar os resultados químicos das alimentações da flotação convencional
e de ultrafinos. Após as devidas alterações, realizar novos testes para
verificar novamente a eficácia da simulação do processo industrial;
2- Será necessária a realização de mais testes em um número maior de pilhas
para garantir a representativa estatística dos resultados, porém o resultado
obtido é um bom indicador da operacionalidade e representatividade do
processo industrial através da rota proposta.
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REFERÊNCIAS
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em:[www.andef.com.br].
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DNPM/SEDE (2011): Sumário Mineral Fosfato [www.dnpm.gov.br]
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Company.
LOUREIRO, F.E.L; MELLO, M. M.; NASCIMENTO, M; CT2005-108-00 Capítulo 7
Fosfato, CETEM, Rio de Janeiro, 2005.
LUZ, A.B; SAMAPIO, J.A; ALMEIDA, S.L.M de; Tratamento de Minérios; 4ª Edição,
Copyrigh, Rio de Janeiro, 2004
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PAIVA, M.P; CAPPONI, F; MATIOLO, E: Flotação não-convencional de minérios de
fosfato; Porto Alegre, Salão de iniciação cientifica-UFRGS, 2004
TESTA, F.G, Avanço na flotação de finos de minérios com condicionamento de alta
intensidade, Porto Alegre, UFRGS, 2008
WAGGAMAN, Wm.H. ed. (1969a): Phosphoric Acid and Phosphate Fertilizers,
Hafner Publising Company.
