1

Procesamiento de minerales II

Minerodutos

Maria Luiza Souza

Montevideo-Porto Alegre 26 Setembro 2013

UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAYUFRGS - DEMIN - BRASIL

2

Minerodutos

Este item será uma breve introdução ao tema, visto que o mesmo é bastante complexo em termos de seleção dos equipamentos envolvidos.

Em geral, há necessidade de equipe técnica especializada em cada etapa do processo.

UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAYUFRGS - DEMIN - BRASIL

Introdução

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 3

O modal dutoviário e os outros modais

Chama-se modal a forma ou o método de transporte básico. O transporte, por sua vez, é a parte mais visível das operações logísticas. A infra-estrutura de transporte consiste em vias de acesso,veículos e unidades organizacionais que fornecem serviços de transporte para uso próprio ou para terceiros, sendo que, neste último caso, mediante uma taxa ou tarifa de serviço.

Os cinco modais básicos são: ferroviário, rodoviário, aquaviário, aéreo e dutoviário. Este texto trata deste último modal.

O modal dutoviário é considerado o mais consistente e freqüente de todos os modais. Isso ocorre porque a variabilidade no tempo de transporte é mínima (maior consistência) e as dutovias funcionam 24 horas por dia (freqüência). Por outro lado, é o modal que apresenta menor versatilidade (uma vez que é muito especializado e transporta apenas um tipo de produto).

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 4

Mineroduto é definido como o modo de transporte de sólidos granulares com um líquido que funciona como o veículo de transporte. O mais usado é a água, mas pode ser qualquer outro que seja compatível com o sólido a transportar. Exemplos: salmouras.

O sólido granulado pode ser constituído pelos mais diversos materiais: carvão, minério e concentrados de ferro, cobre, fosfatos, caulins, bauxita, rejeitos de beneficiamento, etc.

As vantagens dos minerodutos em face dos outros modais são:

- transpõem obstáculos naturais com facilidade,

- causam pequeno impacto ambiental,

- alta confiabilidade.

Por sua vez, algumas desvantagens são:

- exigem investimento inicial maciço,

- são inflexíveis em termos de origem e destino.

Mineroduto

Minerodutos no mundo

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 5

Minerodutos no mundo

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 6

Da Hong Shan, minério de ferro, China, 171 km

Jianshan, minério de ferro, China, 100 km

Samarco, minério de ferro, Brasil, 396 km

Hy-Grade Pellets, India, 268 km

Paragominas, bauxita, Brasil, 244 km

Simplot, fosfato, USA, 100 km

New Zealand Steel, concentrado de areias de ferro, New Zealand, 18 km

Los Pelambres, concentrado de cobre, Chile, 120 km

Minera Alumbrera, concentrado de cobre, Argentina, 310 km

Minera Dona Inés Collahuasi, concentrado de cobre, Chile, 203 km

Freeport, Grasberg Mine, concentrado de cobre, Irian Jaya/Indonesia, 120 km

Batu Hijau, concentrado de cobre, Indonesia, 18 km

No Brasil: a Trikem, sal-gema em AL e BA; a Cadam, caulim no AM; a Pará Pigmentos, caulim, no PA; a Fosfértil, concentrado fosfático, em MG. A Dow (Vera Cruz-BA) e a Braskem (Maceió-AL) movimentam sal-gema para plantas de soda-cloro.

Descrição das instalações

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 7

A instalação de transporte de polpas a longas distâncias inclui:

- a tubulação propriamente dita,

- os terminais de partida e recepção,

- as estações de bombeamento,

- instrumentação da linha.

O sistema de controle e a instrumentação se referem ao monitoramento da linha (temperatura, pressão, densidade de polpa, e velocidades) e ao acionamento remoto das válvulas de controle.

O sistema deve ser projetado de modo que as bombas de polpa não sejam acionadas enquanto as bombas de água auxiliares não estejam funcioando e parem, em caso de falhas destas.

Usualmente, o sistema de controle é retro-alimentado de modo a permitir a correção automática dos desvios, por exemplo, da pressão mediante a variação automática da velocidade das bombas.

Descrição das instalações

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 8

A instrumentação da linha inclui medidores de densidade do tipo de dispersão de raios gama, medidores magnéticos de vazão e medidores de pressão, separados da polpa por diafragmas. Todos estes instrumentos não têm contacto com a polpa em movimento e por isso não causam nenhuma pertubação ao escoamento.

A instrumentação dos terminais inclui medidores de velocidade das bombas, medidores de temperatura dos mancais, medidores de pressão da água auxiliar, medidores de pressão da polpa, integradores da vazão enviada ou recebida. Os valores medidos são transmitidos ao painel central de controle do mineroduto. Necessário sistemas de transmissão por rádio e cabos.

O terminal de bombeamento inclui facilidades para eliminar as partículas mais grossas e, em muitos casos, a moagem em circuito fechado para desaguar a polpa com a granulometria adequada ao transporte.

O acerto da percentagem de sólidos em peso é considerado fator crítico para o bombeamento bem sucedido e é feito em tanques com agitadores mecânicos. Eventualmente, estes tanques podem ter a função de estocar a polpa a ser bombeada.

Descrição das instalações

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 9

Muito frequentemente é necessário espessar a polpa para o posterior bombeamento. Isto é feito em espessadores, cujo underflow é enviado para os tanques de repolpagem, onde se realiza o ajuste final do percentual de sólidos.

Uma regra elementar, que entretanto é negligenciada, sempre conduzindo a problemas, é “nunca tentar estocar polpa dentro dos espessadores”.

O terminal de descarga consiste de tanques agitados para a recepção da polpa e bombas para enviá-la à operação seguinte. Esta poderá ser um desaguamento, seguido de secagem e ensacamento, por exemplo. Neste caso, o terminal incluirá filtros (a vácuo ou de pressão) secadores, silos e ensacadeiras. Dependendo da escala de operação será necessário a incluir espessadores como primeira etapa do desaguamento.

De um modo geral, o desenho do terminal de descarga é função da operação posterior a qual o sólido recebido será submetido: processamento químico, metalúrgico, cerâmico, etc.

Descrição das instalações

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 10

Tanto o terminal de bombeamento como o de recepção incluem reservatórios de emergência, que são escavados no solo e devidamente impermeabilizados. Eles servem para receber a polpa que está dentro da tubulação, em caso de parada não esperada. Os sólidos decantam e são retomados por pás-carregadeiras ou retro-escavadeiras.

Outros reservatórios de emergência são dispostos em locais convenientes, ou seja, nos pontos de cota mais baixa de cada trecho, de modo a permitir o esvaziamento rápido da tubulação em caso de parada no transporte.

Observar que o tamanho destes reservatórios não pode ser subestimado. Por exemplo: um tubo de 12" (30 cm) de 1 km contém cerca de 73 m3 de polpa.

Apenas apresentaremos aspectos relacionados ao processamento de minérios, embora sejam importantes no projeto. Exemplos: tubulações e bombas; processos construtivos, suportes, ancoramentos, etc.

Necessário equipe especializada nas várias diversas fases do projeto.

Peculiaridades

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 11

Distribuição granulométrica do sólido particulado

A tabela abaixo fornece um indicativo dos tamanhos máximos para diferentes materiais e sua relação com o peso específico dos sólidos, conforme comprovado na prática operacional. A tabela se refere a polpas de sólidos em água.

Densidade Top-size Sólidos Velocidade

Material g/cm3 mm/# % peso m/s

Carvão 1,4 2,38/ 8 50 5,0

Calcário 2,7 0,29/48 70 3,5

Conc. Cobre 4,3 0,21/65 55 5,0

Conc. Ferro 4,9 0,15/100 65 6,0

Areias ferríferas 4,9 0,60/28 50 4,9

Peculiaridades

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 12

Distribuição granulométrica do sólido particulado

Observações importantes:

Tanto quanto possível, a polpa a transportar deve ser homogênea e estável.

Manter a distribuição granulométrica constante.

Prever e fixar valores máximos e mínimos para a percentagem de sólidos em peso (operação segura).

Estabelecer velocidade máxima admissível para limitar o efeito da abrasão.

Definir velocidade máxima compatível com as condições de operação dos equipamentos de bombeamento.

Operar dentro das limitações da classe de pressão das tubulações e do sistema.

Prever providencias, ainda no projeto, para ter a flexibilidade operacional necessária frente às características de diferentes áreas da jazida.

Peculiaridades

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 13

Prevenção da corrosão

É um processo lento, quase imperceptível.

A tubulação é a parte mais cara de um mineroduto.

Fica enterrada e portanto é invisível.

Se um processo de corrosão não for controlado pode destruir o sistema.

A polpa é um eletrólito e a corrosão é acelerada pela abrasão.

Necessário prevenção:

-Ânodos de sacrifício, pinturas especiais, etc.

-Eliminação de oxigênio e bactérias

-Uso de polímeros de alto peso molecular para proteção das paredes da tubulação.

Peculiaridades

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 14

Declividade máxima

Deve ser estabelecida em cada caso.

Depende das características reológicas da polpa.

Necessário análise de criteriosa dos custos adicionaisresultantes, para a topografia local, de rotas alternativas.

Prever reservatórios nos pontos de sela.

Necessário a elaboração do perfil da tubulaçãoe gradiente hidráulico pois isto permite simplificaras etapas de seleção de bombas, etc.

Peculiaridades

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 15

Utilização de bombas de deslocamento positivo

As mais utilizadas são as bombas de diafragma que são fabricadas em diversas versões.

O pistão trabalha imerso em um fluido hidráulico que transmite o movimento a um diafragma, que impulsiona a polpa e separa fisicamente o pistão, o revestimento do cilindro, etc da polpa. Desta forma as únicas partes da bomba em contato com a polpa abrasiva são as válvulas e o diafragma. Isto é uma grande vantagem em relação a outros tipos de bombas.

É possível trabalhar com diâmetros e percursos maiores , reduzindo velocidade de operação da bomba valores entre 10 e 80 rpm. Isto permite o tamanho das válvulas e reduzir a velocidade da polpa através das mesmas, aumentando em conseqüência a sua vida útil.Atingem pressões de até 15 000 kPa e operam mais de 8500 h/ano.

Mineroduto da Samarco

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 16

Este mineroduto, o primeiro construído pela Samarco, liga a mina de Germano, em Mariana, MG, ao terminal de Ponta do Ubu, próximo à cidade de Guarapari, ES. Tem 396 km de percurso e a tubulação é de 500 mm de diâmetro. A capacidade inicial era de 7 milhões de toneladas anuais de pellet feed. O investimento foi de USD 120 milhões de o custo operacional era de 1,20 USD por tonelada de sólido transportada.

O sistema possui duas estações de bombeamento, uma em Mariana e outra a 150 km de lá. Cada estação tem seis bombas de pistão mais uma de reserva. Os motores são de 1250 HP. As bombas têm variador de velocidade. O concentrado de ferro tem tamanho inferior a 200 #. A polpa é transportada com 67 % de sólidos a uma vazão de 1,5 m3/s. A tubulação é de aço, com espessuras variando entre 8 e 21,5 mm. Empregavam 44 pessoas na operação direta , além das equipes de conservação da faixa e da manutenção.

Ocorreu ao menos uma parada por obstrução da linha. Após localização do trecho obstruído, foi necessário abrir orifícios na tubulação, por onde foi injetada água sob pressão, logrando-se a desobstrução.

Mineroduto Black Mesa

UDELAR – URUGUAYUFRGS – DEMIN - BRASIL 17

Este mineroduto transportava carvão a – 14# (com 20% do sólido a - 44 micra) desde a mina, no estado do Arizona até a usina termoelétrica de Mohave, Nevada, distante 440 km. A capacidade era de 4,8 milhões de toneladas de carvão por ano. A polpa era transportada com um percentual de sólidos em peso entre 45 e 50 %.

A tubulação era de aço, com diâmetros entre 18 e 12 polegadas. O empreendimento contemplava quatro estações de bombeamento. Estavam instaladas quinze bombas, incluindo as de reservas.

A mina foi fechada em dezembro de 2005 .

Todo o sistema, incluindo planta termoelétrica emineroduto, foi demolido.