Centro de Tecnologia MineralMinistério da Ciência e Tecnologia

Coordenação de Inovação Tecnológica - CTEC

NÍQUEL - MINERAÇÃO SERRA DA FORTALEZA

Eduardo Augusto de CarvalhoAntônio Odilon da Silva

João Batista Reis JúniorThomas Lafayette Brenner

Rio de JaneiroDezembro / 2002

CT2002-192-00 Comunicação Técnica elaborada para o Livro Usinade Beneficiamento de Minérios do Brasil.

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Níquel – Mineração Serra de Fortaleza

Eduardo Augusto de Carvalho1 João Batista Reis Júnior3

Antônio Odilon da Silva2 Thomas Lafayette Brenner4

INTRODUÇÃO

A Mineração Serra de Fortaleza (MSF) está localizada a 5 km da sede do município deFortaleza de Minas, região sudoeste de Minas Gerais a 360 km da capital, Belo Horizonte.Pertencente ao Grupo Rio Tinto do Brasil, iniciou suas atividades de lavra e processamento dominério de níquel, em 1998. Para a implantação do complexo industrial formado pelas minassubterrânea e a céu aberto, pelas usinas de concentração e fundição, além da fábrica de ácidosulfúrico, foi realizado um investimento de aproximadamente US$ 264 milhões de dólares.

Com uma reserva estimada em 5,7 milhões de toneladas de minério de níquel, a MSFtem uma capacidade instalada para processar 550.000 t/ano de minério bruto. A produçãoestimada em 150.000 t/ano de um concentrado sulfetado de Ni, Co e Cu, faz com que aempresa seja, atualmente, a maior produtora de níquel do Brasil.

O produto da usina de concentração é todo consumido pela fundição, onde se obtém ummatte com 61% de níquel. O matte produzido, 20.000 t/ano, é negociado com a empresaOutokumpu (Finlândia), para produção de níquel metálico, além de cobre e cobalto. Entre asvárias aplicações do níquel, destacam-se sua utilização na produção de aço inoxidável e debaterias.

GEOLOGIAO corpo mineralizado está localizado na porção basal de uma seqüência arqueana do

tipo greenstone belt, onde rochas vulcânicas máficas e ultramáficas estão intercaladas comsedimentos químicos.

A jazida apresenta forma tabular com strike N 40º W e mergulho sub-vertical (70o a 90ºSW) estendendo-se por 1.700 m em comprimento, até 700 m em profundidade e comespessura variando de 1 a 20 m com valor médio de 5 m. A mineralização ocorre tipicamenteentre o serpentinito na capa e uma formação ferrífera bandada na lapa.

1 Pesquisador do CETEM2 Técnico Químico do CETEM3 Engenheiro da Mineração Serra de Fortaleza Ltda.4 Geólogo da Mineração Serra de Fortaleza Ltda.

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Os sulfetos representam 30% do minério. Nesse, a pirrotita ocorre como matriz para apentlandita e a calcopirita, minerais de níquel e cobre, respectivamente.

Figura 1 – Vista parcial da mina a céu aberto, em Serra de Fortaleza, MG.

Na jazida ocorrem dois tipos de minério: o de baixo teor (abaixo de 2% Ni) e o de alto teor(acima de 2% Ni). O primeiro está encaixado no serpentinito (capa) ou na formação ferrífera(BIF – banded iron formation ou formação ferrífera bandada), apresentando, em média, teoresentre 0,7 e 1,5% Ni. O minério de alto teor é tipicamente sulfeto maciço a semi-maciço, comteores médios entre 3 e 6% Ni.

O minério de Fortaleza de Minas foi classificado, da lapa para a capa, nos seguintestipos:

(i) minério disseminado – (D);

(ii) minério cisalhado – (U);

(iii) minério intersticial - I;

(iv) minério brechóide – (I);

(v) minério de BIF – (C).

Essa variedade de vários tipos de minérios pode ser agrupada em duas categorias:minério de alto teor (I,R) e minério de baixo teor (D,U,C).

Minério de alto teor

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O minério intersticial apresenta textura homogênea com espessura variando de fina agrossa; é constituído tipicamente de sulfetos (30%) com teor médio de 3,5% Ni, magnetita (8%)e ganga silicatada (62%), essa dominantemente antigorita BIF.

O minério brechóide é uma brecha com matriz de sulfeto maciço, com fragmentos deproporções e tamanhos variados de serpentinito e BIF. A composição do minério é de cerca de70% de sulfetos, 10% magnetita e ganga silicatada em trono de 20%.

Minério de baixo teorO minério de baixo teor pode ser dividido de acordo com a rocha encaixante. Quando

ocorre no serpentinito da capa, encontram-se presentes os minérios disseminado (D) e ocisalhado (U).

O minério tipo disseminado (D) com teor médio de 1% Ni, ocorre como fina disseminaçãode sulfeto no serpentinito e representa 7% do total do minério. Observa-se a presença tambémde magnetita (7%) e da ganga silicatada, antigorita (86%).

O minério tipo BIF ocorre na formação ferrífera da lapa e apresenta teores elevados deSiO2 e baixos teores de MgO, contrastando com os tipos hospedados no serpentinito, emboraapresente teores de níquel semelhantes. É formado por disseminações em bandas e vênulosde sulfeto variando de 5 a 20% em média.

MINERALOGIAOs principais minerais da jazida são pirrotita, pentlandita e calcopirita na proporção

65:30:5. Também ocorrem, em menores proporções, cobaltita e minerais do grupo da platina eouro em meio aos sulfetos. A Tabela 1 apresenta a granulometria e o teor dos mineraissulfetados que ocorrem na jazida.

Tabela 01 - Mineralogia da jazida de níquel da Mineração Serra de Fortaleza.

Minerais Form. Química Teor Gran. (µm) Observações

Pirrotita (Po) (FeS) <1% Ni 50-200 matriz para Pn, Cp.

Pentlandita (Pn) (FeNi)9S8 33-38% Ni 50-150 agregados, Cp como solução sólida.

Calcopirita (Cp) (CuFeS2) 35% Cu 40-120 associação com Pn.

Cobaltita (Co) (NiCoAsS) 17-23% Co8-13% Ni

15-50 inclusão na Po, Pn e silicatos (30%).

PGM+Au (vários) - 3-25 inclusões na Cb, Po e silicatos.PGM – Metais do grupo da paltina

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Antigorita, talco, magnetita e em menores proporções tremolita formam a ganga dos tiposde minério hospedados no serpentinito. Quartzo, actinolita, cummingtonita, magnetita e emmenores proporções carbonato são encontrados na ganga do minério de BIF. A Tabela 2apresenta a participação de cada tipo litológico na área da mina a céu aberto.

Tabela 2 - Participação dos diversos materiais na mina a céu.

Estéril (%) Minério (%)

Solo 4,5 Disseminado 1,1Gossan 0,6 Intersticial 1,0Serpentinito 18,0 Brechoide 2,1Anfibólio/piroxênio. 64,0 Minério de BIF 1,2BIF 7,5 - -Total Estéril 94,6 Total Minério 5,4

BENEFICIAMENTO

Cominuição, classificação e flotação primária

A primeira etapa do processo de beneficiamento do minério de níquel da MSF consta debritagem primária, moagem semi-autógena, britagem secundária e terciária - em paralelo àmoagem semi-autógena -, flotação em células unitárias instaladas no circuito de moagem emoagem em moinho de bolas, (Figura 2).

Carregadeiras frontais (Figura 3A) retomam o minério no pátio de estocagem e fazem ahomogeneização e alimentação da britagem primária, realizada em um britador de mandíbulastipo Nordberg 800X1000 (Figura 3B). O minério não deve ser mantido no pátio de estocagempor um período superior a 13 dias a fim de que não se oxide, o que é prejudicial ao processo deflotação.

A alimentação do britador primário é feita com minério abaixo de 50 cm. Para tanto, umagrelha com abertura retangular 50X100 mm classifica a alimentação do britador abaixo dessagranulometria. Os blocos fragmentados são por meio de martelete mecanizado. O minério ébritado a uma taxa de 140 t/h e o produto com granulometria inferior a 150 mm segue, por meiode um transportador de correia, até uma pilha cônica com capacidade para 9.650 t, ondeapenas 2.100 t são realmente estocadas. A parte externa da pilha cônica, constituída dematerial estéril, que serve como proteção dos sulfetos ao processo de oxidação. Umalimentador de sapatas retoma o minério da pilha cônica e alimenta um transportador decorreia com balança integrada que conduz o mesmo até o moinho semi-autógeno (SAG –SEVEDALA – Figura 4A) com 5,4X1,9 m (diâmetro/comprimento). Na alimentação do moinho,

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de 50 a 75 t/h, existe um divisor de fluxo que, de acordo com o tipo de minério processado,desvia parte da alimentação para um transportador de correia, conduzindo o mesmo até umabritagem secundária (Figura 4B). Utiliza-se nessa etapa um britador cônico, tipo NORDBERG,modelo Symons Standard, cuja taxa de alimentação, pode variar de 25 a 55 t/h, gerando umproduto com granulometria inferior a 37 mm.

Figura 2 – Fluxograma da usina de tratamento de minério de níquel da MSF.

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Figura 3 – Em (A), carregadeira frontal utilizada para alimentação dos britadores e, em(B), instalações dos britadores de mandíbulas.

A moagem semi-autógena opera com uma carga de bolas ( 125 mm) que corresponde a10% do volume interno do moinho e percentagem de sólidos na polpa de 60%. A abertura dagrelha interna na seção de descarga do moinho é de 50 mm com uma área livre total dacorrespondente a 9,0% da área da seção reta do moinho. A velocidade do moinho é variável e,usualmente, corresponde a 68% da sua velocidade crítica.

Os produtos da moagem semi-autógena e da britagem secundária alimentam umapeneira vibratória horizontal com abertura de 6 mm. Um transportador de taliscas conduz afração retida até um silo de estocagem, responsável pela alimentação de um britador cônicoterciário, tipo NORDBERG modelo HP 100 SX (Figura 4B).

A fração passante na peneira de 6,0 mm alimenta uma célula unitária de flotação(OUTOKUMPU SK 240), com volume de 8,0 m3, onde ocorre a remoção da maior parte dotalco presente no minério. Nessa etapa, utiliza-se uma polpa com 50% de sólidos e pH 8,5; oespumante metil isobutil carbinol (MIBC) é adicionado na proporção de 8,0 g/t de minério.

O talco flotado com 21% de sólidos, segue para a barragem de rejeitos, enquanto omaterial não flotado, contendo Ni, Cu e Co e 46% de sólidos passa por uma classificaçãogranulométrica e densimétrica em hidrociclones convencionais, tipo ENVIROTECH. Aalimentação dos hidrociclones é realizada com uma pressão de 90 kPa, de modo a se obteruma fração grossa com P80 em torno de 80 µm. O overflow dos ciclones, com 38% de sólidos,segue para a flotação convencional de níquel a uma taxa de 65t/h.

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Figura 4 – Em (A) moinho semi-autógeno (SAG) e, em (B), britadores utilizados nabritagem secunndária.

Para que os sulfetos já liberados possam ser recuperados, o underflow dos hidrociclones,com 77% de sólidos, alimenta uma nova célula unitária de flotação, (OUTOKUMPU SK 240,Figura 4A). Amil xantato de potássio (50 g/t), mercatobenzotiazol (50 g/t) e o espumante MIBC(10 g/t). Com a adição de ácido sulfúrico corrige-se o pH da polpa para 6,8. O material flotado,a uma taxa de 8 t/h e com 24% de sólidos, apresenta um teor de Ni de 8%, constituindo partedo concentrado final a ser enviado ao espessador. O material não flotado nessa célula, com59% de sólidos, passa por um moinho de bolas (SVEDALA – 5,4 x 1,9 m – DXL, Figura 5B)junto com a fração do underflow do hidrociclone que não alimentou a célula unitária, de modo aliberar os sulfetos presentes ainda nesse produto.

O moinho, cuja carga de bolas ( 60 mm) correspondente a 26% do seu volume interno ecom uma polpa com 75% de sólidos, opera a 74% da velocidade crítica, gerando um produtoque será classificado em ciclones junto com o produto não flotado da primeira célula unitária deflotação. O overflow do hidrociclone apresenta um P80 da ordem de 80 µm. Na etapa demoagem utiliza-se sulfato de cobre e ácido sulfúrico (2,0 kg/t) com a finalidade de ativar asuperfície dos minerais sulfetados, e o carboximetil-celulose (CMC) para deprimir os mineraisde ganga (silicatos, tais como, serpentina, talco).

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Figura 5 – Em (A), célula de flotação, OUTOKUMPU SK 240 e, em (B), Moinho de bolas,SVEDALA.

Flotação, Espessamento e Filtragem

A flotação dos sulfetos de níquel, cobre e cobalto é realizada a partir do overflow daciclonagem em um conjunto de 14 células (DORR-OLIVER) de 14 m3 cada. Três etapasrougher, duas scavenger e duas cleaner proporcionam a obtenção de um concentrado final desulfetos de níquel, cobre, cobalto com teor de níquel de 7,1%. O concentrado coletivo contémsulfetos de ferro (principalmente pirrotita) que, junto aos demais sulfetos metálicos, irão compora carga de enxofre necessário ao forno flash e à fábrica de ácido sulfúrico existente nocomplexo industrial.

Durante a flotação, realizada com pH entre 6,5 - 7,0, são adicionados o espumante MIBC(25 g/t), coletores amil xantato de potássio (50 g/t) e o mercapto benzotiazole (50 g/t).

A etapa rougher 1 é realizada em duas células, cujo concentrado com 23% de sólidossegue para a etapa cleaner 1 a uma taxa de 23 t/h. O rejeito do rougher 1 é processado emquatro células scavenger 1. O concentrado resultante dessa etapa, com 22% de sólidos,retorna à alimentação do rougher 1, ou, alternativamente, passa ao cleaner 1, cujo rejeitoalimenta a etapa scavenger 1, realizada em 3 células. O concentrado obtido (20% de sólidos)no scavenger 2 retorna à alimentação da etapa scavenger 1, enquanto o rejeito, com 27% desólidos, é descartado como rejeito final da flotação, seguindo a uma taxa de 51 t/h, para umtanque de neutralização onde eleva-se o pH para 8,5, o que favorece a precipitação dos metaissolubilizados antes do descarte final na barragem de rejeitos.

Na etapa cleaner 1, realizada em três células, o concentrado, com 23% de sólidos, ébombeado para a etapa cleaner 2. O rejeito (com 11% de sólidos) retorna às células da etapa

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rougher 1, a uma taxa de 11 t/h. Na etapa cleaner 2, realizada em duas células, obtém-se oconcentrado final desta etapa da flotação, a uma taxa de 14 t/h, com 24% de sólidos. Oprocesso de flotação permite a obtenção de um concentrado final de sulfetos com 7,1 % de Nie recuperação global em torno de 86 %.

O concentrado final da flotação (22 t/h) segue para o espessador DORR-OLIVER (Figura6A), de diâmetro igual a 19,8 m, com uma área específica de sedimentação de 0,56 t/m2/dia.Para acelerar a velocidade de sedimentação da partículas adiciona-se (2,0 g/t) o floculanteSuperfloc-127. O underflow do espessador, com 60% de sólidos, é bombeado para um tanquepulmão, e em seguida para filtragem em dois filtros prensas, MININGTECH/EINCO, com 48placas cada (Figura 6B), que operam em paralelo. A torta, com 90% de sólidos, é o produtofinal da usina de concentração, seguindo por correia transportadora até a unidade de fundição.

Figura 6 – Em (A), espessador utilizado para remoção de parte da água presente noconcentrado final e, em (B), filtro prensa MININGTECH, utilizado na filtragem doconcentrado final.

O overflow do espessador (18 m3/h) junta-se ao filtrado e constitui a água de recirculaçãodo processo. Esse volume de água representa cerca de 10% da água total consumida nausina.

O underflow do espessador de concentrado, também pode ser bombeado para uma baciade estocagem, com capacidade de acumulação equivalente a 9 dias de operação, emcondições normais. Essa bacia é revestida com lona de PVC e dotada de dispositivos paradesmonte hidraúlico e bombeamento da polpa de volta ao circuito normal. A principal razãodessa bacia é dotar o sistema de uma estocagem intermediária de concentrado para permitirparadas independentes das plantas de concentração e fundição.

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PRINCIPAIS DADOS OPERACIONAIS

A capacidade nominal de processamento da usina de beneficiamento da mina é de550.000 t/ano (63 t/h) de minério ROM.

A usina apresenta uma recuperação global de Ni da ordem de 86%, com um concentradoapresentando teores de 7,1% de níquel.

A usina utiliza no processo cerca de 180 m3/h de água, o que corresponde a 2,86 m3/t deminério tratado, dos quais 89% da água provêm do sistema de recirculação. O consumo deágua é de 0,32 m3/t de minério ROM processado. A água nova é captada nas proximidades daempresa, a cerca de 1,0 km da mina.

A moagem é responsável por cerca de 70% do consumo mensal de energia da usina;desse 38% correspondem ao consumo do moinho SAG. O maior consumo de energia (44%) dausina está relacionado às operações de moagem secundária. O consumo total da usina é de38,0 kWh/t de minério tratado; na lavra (extração) o consumo de energia é deaproximadamente 10 kWh/t de minério lavrado.

O consumo de bolas do moinho semi-autógeno é 300 g/t, enquanto que no moinhoconvencional é 900 g/t. O consumo de energia na moagem semi-autógena é de 10 kWh/t e namoagem convencional é de 15 kWh/t.

O tempo de residência na flotação é de 1,3 min. A área unitária de espessamento: 0,56m2/t.dia. A carga circulante na moagem com bolas é de 300%.

O controle do processo é feito por meio de amostragem automática em 6 (seis) pontoscríticos do circuito e manual nos demais, quais sejam: alimentação do minério, concentrado detalco, concentrado de sulfetos da célula unitária, overflow dos ciclones, concentrado rougher 1,rejeito cleaner 1, concentrado cleaner 2, concentrado final e rejeito final.

Correias transportadoras realizam o transporte do produto final da usina debeneficiamento até a fundição. Após a fusão, o produto final (matte) é embarcado emcontainers, sendo transportado por caminhão até o porto de Santos daí embarcado para aOutokumpu, (Finlândia) única refinadora do matte produzido pela MSF.

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Quadro 1 - Características dos equipamentos utilizados para o beneficiamento de minériode níquel da Mineração Serra de Fortaleza são descritas a seguir.

Equipamento: Britador de Mandíbulas (Primário)Características: Fabricante: Nordberg; h/dia de trabalho: 21; Capacidade: 140 t/h; PotênciaInstalada: 220 kW; Potência do Motor: 150 kW; Razão de redução: 4:1; Dimensões: 800 x 1000 mm;APA: 120 mm; APF: 90 mm

Equipamento: Britador Cônico (Secundário)Características Tipo: Simons Standard; Fabricante: Nordberg; h/dia de trabalho: 24;

Capacidade: 65 t/h; Potência Instalada: 160 kW; Potência do Motor: 150 kW; Razão deredução: 5:1; Dimensões: 914,4 mm (3’); APA: 175 mm; APF: 20 mm

Equipamento: Britador Cônico (reciclo)Características Tipo: HP 100SX; Fabricante: Nordberg; h/dia de trabalho: 24; Capacidade:

85 t/h; Potência Instalada: 160 kW; Potência do Motor: 150 kW; Razão de redução: 5:1; Cargacirculante: 50 t/h; APF: 10 mm

Equipamento: Moinho semi-autógenoCaracterísticas Fabricante: SVEDALA; Diâmetro interno: 5486,4 mm (18’); Comprimento:

1889,8 mm (6,2’); Carga de bolas: 11%; Diâmetro das bolas: 125 mm; Material da bola: forjado;Enchimento: 22-24%; Consumo de bolas: 300 g/t; Diâmetro máximo de seixo extraído: 200 mm;Diâmetro mínimo de seixo extraído: 50 mm; Revestimento: Tipo: ondas; Espessura: 200 mm;Consumo do espelho da alimentação: 12 meses; Consumo da grelha da descarga: 8 meses; Consumodo revestimento do cilindro: 6 meses; Velocidade do moinho: 10,5 rpm (68% da velocidadecrítica);Capacidade: 75 t/h; Potência do motor: 900 kW; Potência utilizada: 800 kW; Consumo deenergia: 10 kWh/t;

Equipamento: Peneira horizontalCaracterísticas Tipo: LH5D7x16; Fabricante: SVEDALA; Capacidade: 100 t/h; Dimensões:

2133,6 mm (7’) x 4876,8 mm (16’); Material da tela: poliuretano; Abertura da tela: 6 mm; Ângulo deinclinação: 00; H/dia de trabalho: 24; Motores: 2 motores de 7,5 kW.

Equipamento: Moinho de bolasCaracterísticas Fabricante: SVEDALA; Diâmetro interno: 3962,4 mm (13’); Comprimento:

5791,2 mm (19’); Carga de bolas: 32%; Diâmetro das bolas: 60 mm; Material da bola: forjado;Enchimento: 32%; Consumo de bolas: 900 g/t; Revestimento: Tipo: borracha/placa; Consumo doespelho da alimentação: superior a 24 meses; Consumo do revestimento do cilindro: 18 meses;Velocidade do moinho: 74% da velocidade crítica; Potência do motor: 1300 kW; Potência utilizada:XX kW; Consumo de energia: 14-15 kWh/t; Carga circulante: 300%; Capacidade: 70 t/h.

Equipamento: CicloneCaracterísticas Tipo: convencional, metálico, revestido de borracha; Quantidade: 3; Pressão

de alimentação: 90 kPa; Diâmetro da alimentação: 101,6 mm (4”); Diâmetro do Overflow: 254 mm(10”); Diâmetro do Underflow: ; Diâmetro do vortex: 150 mm; Diâmetro do apex: 95 mm;Comprimento da seção cilíndrica: 700 mm.

Equipamento: Célula de flotaçãoCaracterísticas: Tipo: Célula Unitária SK240, ar soprado; Fabricante: Outokumpu; Capacidade: 8m3; Potência do motor: 22 kW; Velocidade de agitação: 157 rpm; Volume de polpa: 83% do volumetotal; Alimentação dos reagentes: bomba dosadora; Tempo de residência: 1,3 min.

Equipamento: Célula de flotaçãoCaracterísticas Tipo: Célula Unitária SK240 , ar soprado; Fabricante: Outokumpu;

Capacidade: 8 m3; Potência do motor: 22 kW; Velocidade de agitação: 157 rpm; Volume de polpa:

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80% do volume total; Alimentação dos reagentes: bomba dosadora; Tempo de residência: 1,8 min.

Equipamento: Célula de flotaçãoCaracterísticas Tipo: DO500, ar soprado; Fabricante: Dorr Oliver; Quantidade: 14 células;

Capacidade: 14 m3; Número de etapas: 2 (rougher 1, 2 e 3; cleaner); Número de células por etapa:Rougher 1 2; Rougher 2 4; Rougher 3 3; Cleaner 3; Cleaner 2; Motor da célula: WEG;Potência: 22 kW; Velocidade de agitação das células: 180 rpm; Volume de polpa: 95% do volumetotal; Alimentação dos reagentes: bomba dosadora; Bomba de rejeito: Centrífuga horizontal,ENVIROTECH, modelo 10MG125PSI; Bomba dos concentrados: Bomba centrífuga, ENVIROTECH, 5x 4 SRH 125 (2 unidades) e Bomba vertical, ENVIROTECH, Froth pump (4 unidades); Soprador:OMEL, modelo SRV 2780, motor WEG, Potência: 105 kW.

Equipamento: EspessadorCaracterísticas Tipo: Acionamento 48A 25T; Fabricante: Dorr-Oliver; Velocidade de rotação:

0,125 rpm; Quantidade: 1; Área unitária de sedimentação: 0,56 m2/t dia .

Equipamento: Filtro PrensaCaracterísticas Fabricante: Miningtech/Enco; Tipo: Prensa automático; Quantidade: 2 (mais

1 de reserva); Quantidade de placas: 48 membranas de recesso; Tamanho das placas: 1500 x 1500mm; Pressão de alimentação: 5.500 kPa; Produção: 13,5 t/h cada.