Procesamiento de minerales I Introdução ao tratamento de minérios Maria Luiza Souza Montevideo...

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Procesamiento de minerales I

Introdução ao tratamento de minérios

Maria Luiza Souza

Montevideo 5-9 Agosto 2013

UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAYUFRGS - DEMIN - BRASIL

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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios

O objetivo da atividade mineira é:1. “descobrir” os recursos minerais escondidos

no subsolo,2. “trazer” o bem mineral do subsolo até a

superfície para, finalmente,3. “transformar” este bem mineral a fim de o

mesmo possa ser usado pelas indústrias metalúrgica, cerâmica, química, etc.


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Das três áreas que formam a Engenharia de Minas, cabe ao tratamento de minérios a terceira atividade citada anteriormente.

Logo, incluímos no tratamento de minérios as seguintes operações unitárias:1. Redução de tamanho das partículas;2. Classificação das partículas por classes de tamanho;3. Elevação dos teores dos componentes úteis (concentração);4. Diminuição dos teores dos componentes indesejáveis;5. Eliminação de propriedades indesejáveis;6. Manuseio do minério entre operações sucessivas;7.Operações auxiliares (separação S/L; aglomeração de finos).


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GEOLOGIA LAVRA BRITAGEMPENEIRAMENTO

MANUSEIO

MOAGEMCLASSIFICAÇÃO

CONCENTRAÇÃO

HIDROMETALURGIAPIROMETALURGIA

ELETROMETALURGIAGeólogo

Eng. de minas (Brasil)

Eng. metalúrgico (Brasil)

Eng. de minas (USA) Eng. Metalúrgico (USA)

Mining geologist (Japão) Eng. químico (Brasil)

Figura 1- Competência profissional em diferentes países


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Menas: Mineral metalífero, principalmente el de hierro, tal como se extrae del criadero y antes de limpiarlo.

Mineral: Sustancia inorgánica que se halla en la superficie o en las diversas capas de la corteza del globo, y principalmente aquella cuya explotación ofrece interés; o la parte útil de una explotación minera.

Em tratamento de minérios, o importante é entender que o mineral extraído (ROM) e que será beneficiado, está composto por dois tipos de materiais: um que tem valor e outro que não tem valor.


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MATERIAL ÚTIL = *CONCENTRADO (MINERAL)ROM MATERIAL INÚTIL = **GANGA

*CONCENTRADO: Materia que acompaña a los minerales y que se separa de ellos como útil.

**GANGA: Materia que acompaña a los minerales y que se separa de ellos como inútil.


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MATERIAL ÚTIL = CONCENTRADO (MINERAL)ROM MATERIAL INÚTIL = *GANGA


ROM(A+B)

GANGA(B)

CONCENTRADO(A)

Figura 2- Concentração de minerais

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Minerais metálicos: a forma como se encontram na natureza depende da reatividade que apresentem com o ambiente, particularmente com o oxigênio, enxofre e dióxido de carbono.

Metais:- ouro e platina são encontrados principalmente na forma nativa

(metálica) ou na forma de ligas metálicas (electrum),- Prata, cobre e mercúrio são encontrados tanto na forma nativa

como na forma de compostos com enxofre (sulfetos, sulfatos, etc), com cloro (cloretos), com carbono e oxigênio (carbonatos),

- metais mais reativos são sempre encontrados na natureza na forma de compostos, como por exemplo: os óxidos e sulfetos de ferro, os óxidos e silicatos de alumínio e berílio.


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Nome1. Calcopirita2. Pirita3. Bornita (sulfeto misto)4. Galena5. Blenda ou esfalerita6. Malaquita7. Azurita8. Crisocola9. Hematita10. Magnetita

Fórmula mínima1. CuFeS2

2. FeS2

3. Cu5FeS4

4. PbS5. ZnS6. Cu2CO3(OH)

7. Cu3(CO3)2(OH)2

8. CuSiO3 - nH2O

9. Fe2O3

10. Fe3O4UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY

UFRGS - DEMIN - BRASIL

Minerais - Exemplos

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Isomorfismo

O mineral “Olivina”, porexemplo, tem a composiçãoquímica (Mg,Fe)2SiO4, mas a

relação entre os átomos demagnésio e os de ferro évariável para distintas “olivinas”.Entretanto, para qualquer olivina a relação abaixo é constante. No.total átomos (Fe+Mg)/No.total

átomos(Si+O)

Minerais - Exemplos

UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY



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PolimorfismoGrafite e diamanteSão dois minerais que apresentam exatamente a mesma composição. Ambos são compostos de átomos de carbono, mas com propriedades distintas devido ao arranjo distinto destes átomos na estrutura cristalina.


Minerais - Exemplos

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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minériosCarvão: rocha sedimentar combustível, formada a partir de restos vegetais que se encontram em diferentes estados de conservação, tendo sofrido soterramento, seguido de compactação.Litotipos do carvão: designa as diferentes bandas reconhecidas macroscopicamente nas camadas de carvão (vitrênio, clarênio, durênio e o fusênio).Macerais do carvão: são os constituintes individuais do carvão reconhecidos microscopicamente, podendo ocorrer sozinho ou em associações; exemplos: grupo da vitrinita (telinita, gelinita); grupo da liptinita (exinita, alginita); grupo da inertinita (fusinita, micrinita).Rank do carvão: turfa, linhito, sub-betuminoso, betuminoso, antracito.Observação: Carvão, talco, argilas, granitos, etc. não são minerais no sentido exato da palavra. São, na verdades, rochas. Entretanto, são considerados como bens minerais.


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Minérios de valor econômico podem ser classificados como metálicos e não metálicos, de acordo com o uso do mineral.

Exemplo típico é a bauxita (óxido de alumínio hidratado).

Metálico Alumínio metálico.

Não metal Tijolos refratários.


+

bauxita produção Metal Refratário

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O processamento mineral segue a lavra e prepara o material para a extração do valor metálico – no caso de bens metálicos, ou produz um produto comercial como no caso do carvão e dos agregados usados na construção civil.

As operações unitárias envolvidas são sempre de natureza física (embora ocorram reações de natureza físico-química na flotação e nas operações de separação S/L). Isto significa que a estrutura cristalina de qualquer mineral não é alterada.


ROMmineral de cobre

(CuFeS2)

Tratamentomineral

Concentrado mineral de cobre

(CuFeS2)

Rejeitomineral de cobre

(CuFeS2)

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Objetivos principais são: As operações “chave” são:

1) LIBERAÇÃO COMINUIÇÃO

2) SEPARAÇÃO CONCENTRAÇÃO

Necessariamente nesta ordem !!UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY


ROMmineral de cobre

(CuFeS2)

Tratamentomineral

Concentrado mineral de cobre

(CuFeS2)

Rejeitomineral de cobre

(CuFeS2)

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Liberação é obtida através da cominuição.

Cominuição envolve a quebra ou trituração do sólido particulado e é realizada em duas etapas: britagem e moagem.

Mineral não liberado Mineral liberado(suficiente)

Partícula mista

Partícula totalmente liberada

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A separação entre os dois tipos de sólido (útil e inútil) já liberados é obtida através de distintas operações de concentração.

Métodos mais importantes para concentrar minerais são baseados:

- na diferença de densidades entre o mineral útil e os de ganga Gravimetria (DMS).- em diferenças físico-químicas entre o mineral útil e os de ganga Flotação.- em diferenças magnéticas entre o mineral útil e os de ganga Separação magnética.- em diferenças na condutividade elétrica entre o mineral útil e os minerais de ganga Separação eletrostática.- em diferenças entre propriedades ópticas Cata ou seleção.

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Fluxogramas usados no tratamento de minérios

SIMPLES (de blocos) SIMPLES (de linhas) COMPLEXOS

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Custos das operações de tratamentoExemplo: planta para 100 000 t/dia de mineral de cobre (B.A. Wills)

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Eficiência das operações de processamento mineral

depende, principalmente:

LIBERAÇÃO

CONCENTRAÇÃO

Mas o que vale mesmo é a eficiência econômica !!

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Figura 3- Mineral de valor aprisionado na ganga

Liberação total raramente é usada na prática, pois a moagem é uma operação muito cara e ocorre sobre-moagem (principalmente da ganga recobrimento por lamas ou slime coating). O que se procura é o “MOG” – tamanho no qual se obtêm a melhor recuperação econômica; é determinado experimentalmente.

Se triturarmos o sólido como mostrado na fig.3, teremos vários cubos completamente brancos mas o mineral útil (negro) ainda se apresentará como “mistos” ou middlings.

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Figura 4- Secção transversal : partícula mineral e produtos da moagem

Liberação é um dilema freqüente no processamento mineral. Partículas do tipo 1 podem ser consideradas como “concentrado” mas irão limitar o teor deste, enquanto as partículas do tipo 4 podem ser consideradas como “rejeito”, mas irão limitar a recuperação do processo de beneficiamento. Partículas do tipo 2 e 3 são middlings.

Na fig. 4 ,a região A representa o mineral de valor e região AA é rica no mineral de valor, mas ocorre intercrescimento entre o mineral e a ganga.

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A liberação de minérios de baixo teor pode ser um problema e para contorná-lo se mostra na fig. 5 um esquema usado no processamento, onde a ganga liberada em tamanhos grosseiros já é descartada. Assim os custos de moagem são reduzidos, já que a ganga que não precisa mais ser moída está excluída do sistema. Observar que o “tamanho” dos moinhos também serão menores.

Figura 5- Fluxograma de processo usando dois estágios de separação

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Figura 6- Imagem de MLA mostrando os grãos dos diversos minerais em minério de Cu-Au. Partículas entre 100-200 micra. Estas imagens são em geral apresentadas em cores “falsas”, onde cada cor assinala um mineral ou uma classe de mineral, como mostrado à esquerda.

E para terminar com a liberação...

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Figura 7-Intervalo de aplicação de técnicas convencionais no processamento de minerais.

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Figura 8- Planta de processamento mineral.

ALIMENTAÇÃO CONCENTRADOTratamento

mineral

REJEITO

A planta de tratamento será considerada uma “black box”; pode até ter todos as técnicas de processamento mostrados na fig. 7. O certo é que o objetivo é sempre o mesmo: SEPARAR o mineral da ALIMENTAÇÃO em dois ou mais produtos: material útil vai para o CONCENTRADO e a ganga vai para o REJEITO.

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Figura 9- Correntes principais em uma planta de processamento mineral.

ALIMENTAÇÃO (A) CONCENTRADO (C)Tratamento

mineral

REJEITO (R)

PARÂMETROS DE MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL

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A, a C,cP.T.

R,r

MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL

Definições importantes:

1a. TEOR se refere ao conteúdo do material de valor (M.V.) nas diversas correntes (ou produtos) que compõem um circuito de beneficiamento. É o parâmetro que mede a qualidade de qualquer corrente de um processo, circuito ou planta de tratamento.Obs: teores são expressos em base seca.

massa do M.V. em uma dada correntemassa total (M.V. + ganga) da mesma

corrente

Teor (%) = x 100

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A, a C,cP.T.

R,r



2a. RECUPERAÇÃO mede a efetividade do processo de separação/concentração usado.

É o parâmetro mais usado para expressar a eficiência de uma planta de tratamento mineral.

Obs 1: RECUPERAÇÃO da(s) corrente(s) de Rejeito [R] recebe o nome de PERDA(S).

massa do M.V. na corrente Cmassa do M.V. na corrente A

Rec (%) = x 100

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Obs 2: Recuperação pode ser definida para todas as correntes de um processo, circuito ou planta de beneficiamento, e mostra como a quantidade de material de valor se distribui nas diversas correntes que formam o processo. Quando se avalia a recuperação para muitas correntes de uma processo, esta é chamada de DISTRIBUIÇÃO.

massa do M.V. na corrente Cnmassa do M.V. na corrente A

Dist (%) = x 100

A, a C2,c2P.T.

R1,r1

C3,c3

C1,c1

R2,r2R3,r3

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A, a C,cP.T.

R,r


Outros parâmetros e suas definições

RAZÃO DE CONCENTRAÇÃO (K): Toneladas de alimentação (A) necessárias para se produzir uma tonelada de concentrado (C).

RAZÃO DE ENRIQUECIMENTO (E): Razão entre o teor do concentrado (c) e o teor da alimentação (a).

ÍNDICE DE SCHULZ OU EFICIÊNCIA DE SEPARAÇÃO (SE)

SE = Rm-Rg

onde: Rm = Recuperação (%) do mineral de valor na corrente do Concentrado Rg = Recuperação (%) da ganga na corrente do Concentrado

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A, a C,cP.T.

R,r


Sejam:A = vazão mássica de sólido seco na corrente de alimentação, (t/h)

a = teor do material de valor na corrente de alimentação, (%)

C = vazão mássica de sólido seco na corrente de concentrado, (t/h)

c = teor do material de valor na corrente de concentrado, (%)

R = vazão mássica de sólido seco na corrente de rejeito, (t/h)

r = teor do material de valor na corrente de rejeito, (%)

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A, a C,cP.T.

R,r

BALANÇO DE MASSA E METALÚRGICO

Na planta mostrada temos:

A.a = massa de material de valor em A, (t/h)

C.c= massa de material de valor em C, (t/h)

R.r = massa de material de valor em R, (t/h)

Rec = [(C.c)/(A.a)].100, (%)

Perda = [(R.r)/(A.a)].100, (%)

Rec + Perda (%) = 100 ??? Qual o significado disto ?

Ou ainda, aplicando a definição de recuperação para a corrente de alimentação temos:

Rec|A = [(A.a)/(A.a)].100 = 100%

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A, a C,cP.T.

R,r


O balanço de massa é realizado com a seguinte base: tudo o que entra no volume de controle menos o que sai do volume de controle é o acumulado no volume de controle (no caso a P.T .).

Entrada – Saída = Acumulado, mas se o acumulado for nulo, então temos:E – S = 0 ou E = STransportando para a P.T. temos:

A = C + R Balanço de massa (BM), (t/h)

Balanço metalúrgico (BMet)

A.a = C.c + R.r isto é a massa de MV em cada corrente. Rec = (C.c)/(A.a)Perda = (1 – Rec)K = A/CE = c/a

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A, a C,cP.T.

R,r


Com base no BM, no BMet e na definição de Rec deduzir a “famosa” fórmula dos dois produtos.

A = C + R Balanço de massa (BM), (t/h)

A.a = C.c + R.r Balanço metalúrgico (BMet)

Rec % = [(C.c)/(A.a)].100

Rec % = ???

Dica: só podem aparecer os teores “a”, “c’”e “r”.

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CURVA TEOR VERSUS RECUPERAÇÃO

A eficiência metalúrgica de qualquer operação de concentração pode ser expressa por uma curva que mostra a recuperação possível de ser obtida para qualquer valor de concentrado. Esta curva também é chamada de curva de seletividade e sua forma típica, mostrando a relação inversa entre recuperação e teor é mostrada na fig.10Figura 10- Curva de seletividade

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CURVA TEOR VERSUS RECUPERAÇÃO

O objetivo da concentração é maximizar a recuperação e o enriquecimento, mas isto é impossível de ser obtido ao mesmo tempo. Não obstante,o teor do concentrado e a recuperação, usados simultaneamente, são as medidas mais aceitas para acessar a performance metalúrgica (não econômica) de um processo de beneficiamento!Figura 10- Curva de seletividade

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HORA DOS ESTUDANTES TRABALHAREM

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