Universidade Federal do Pará

Faculdade de Engenharia Mecânica

Curso de Graduação em Engenharia Mecânica

INTRODUÇÃO AO BENEFICIAMENTO DE MINÉRIOS

Bruno Alberto Cardoso Pignatario (10021001701) Dioginis Silva Grunupp (100210003601)

Iago Araújo de Souza(10021001001) Marilza do Santos Viana(10021004901) Rodrigo Ramalho Maciel(10021000801)

Renan Gouvea Dias (10021000501)

Belém

Maio/2010

Bruno Alberto Cardoso Pignatario (10021001701)

Dioginis Silva Grunupp (100210003601) Iago Araújo de Souza(10021001001)

Marilza do Santos Viana(10021004901) Rodrigo Ramalho Maciel(10021000801)

Renan Gouvea Dias (10021000501)

INTRODUÇÃO AO BENEFICIAMENTO DE MINÉRIOS

Pesquisa apresentada em cumprimento às exigências da disciplina: Tecnologia Metalúrgica do curso de Engenharia Mecânica ministrada pelo professor: Prof. Eduardo Braga.

Belém

Maio/2010

Sumário

1 – Introdução

2 – Introdução ao Beneficiamento de Minérios

2.1 – Conceito de Beneficiamento de Minérios;

2.2 – Histórico do Beneficiamento de Minérios;

2.3 – Depósitos e jazidas minerais;

2.4 – Minerais e seu uso;

2.5 – Necessidade de Beneficiamento;

2.6 – Finalidade Econômica e Social;

2.7 – Meio Ambiente;

3 – Conclusão

4 – Referências

1 – Introdução

Beneficiamento de minérios é um assunto que não pode ficar obscuro em

nossa atualidade econômica, a Região Amazônica já vive bastante tempo

no contexto da mineração como integrante majoritário de seu PIB. Como

graduandos em engenharia, é de suma importância a compreensão de

conceitos básicos para o entendimento geral do processo de

beneficiamento de minerais, portanto, o objetivo desse trabalho é introduzir

estes conceitos , para posterior compreensão dos assuntos referentes a

metalurgia, e complementação do conhecimento que já possuímos.

2 – Introdução ao Beneficiamento de Minérios

2.1 – Conceito de Beneficiamento de Minérios

Segundo Adão Luz, beneficiamento de minérios é um processo que

consiste de várias operações. Estas visam mudar várias características de

um bem mineral, entre elas: Granulometria; concentração de determinada

espécie mineral; e forma. Contudo, os processos não devem mudar a

identidade, tanto física, quanto química do material.

Esta é uma abordagem mais clássica sobre o conceito de

beneficiamento de minérios. Nela os minérios não devem podem ter suas

características físico-químicas modificadas. Ou seja, o beneficiamento

consiste em separar o minério de qualquer rejeito indesejado e deixá-lo em

uma forma, ou tamanho de grão, adequado para estocagem, transporte ou

que melhor convenha à etapa seguinte ao beneficiamento.

O objetivo do beneficiamento de materiais é conseguir um minério

que possua apenas uma espécie. Contudo este objetivo não é possível de

ser alcançado em sua totalidade em condições práticas. Nas indústrias e

mineradoras o custo também é um fator, portanto, nem sempre o processo

que consegue a maior pureza é o mais recomendado.

Em companhias, como a Vale, os processos de beneficiamento

obedecem a uma ordem lógica. Após a extração do minério bruto ele é

levado para o setor de beneficiamento. O primeiro passo é a cominuição.

Ele visa diminuir o tamanho do grão que do minério bruto, para que seja

mais fácil a separação do minério desejado do rejeito. É uma parte de alto

custo do processo.

A segunda etapa é uma classificação do minério que já passou pelo

processo de cominuição. É feita uma seleção usando processos de

peneiramento, que separam pelo tamanho do grão obtido, e por processos

como a ciclonagem. Depois o minério é submetido aos processos que

visam à separação das espécies minerais.

Existem vários processos que podem fazer essa separação mais

seletiva. A escolha do processo mais adequado depende do minério que

deseja-se obter. Contudo o resultado dos processos, quando bem

selecionados e aplicados, é o minério de interesse, como ferro, cobre ou

manganês e rejeito, que é constituído de minérios que não são

interessantes ou que não tem valor econômico que viabilize sua

separação.

Apesar do processo de beneficiamento ter uma ordem que não

deve ser quebrada, em que a etapa anterior é fundamental para a

realização da etapa subseqüente, esta etapa de separação de minérios é a

mais importante e que possui mais especificidades. Outro ponto é a

viabilidade econômica do beneficiamento de minérios. O beneficiamento

possui altos custos, superiores ao da extração, portanto definir o que

convém ser beneficiado e o processo que gera melhor custo benefício é

primordial.

Depois da última etapa citada, ocorrem processos que visam

facilitar o depósito e estocagem dos que foi gerado como resultado. O

rejeito deve ser espessado para poder ser descartado em um depósito

próprio e o minério de interesse deve ser espessado e preparado para que

tenha a maior pureza possível antes de ser estocado ou enviado para uma

indústria químico-metalúrgica.

2.2 – Histórico do Beneficiamento de Minérios

A utilização dos metais para utilidade humana, trousse a chamada

Era dos Metais, período evolucional que proporcionou ao Homem o

trabalho artesanal dessa matéria prima, até então desconhecida. É

registrado pela história que a partir disso, povos como os egípcios, gregos

e romanos utilizavam metais para fazer jóias, utensílios de guerra, e

artigos religiosos. Assim como também na América os incas, mais e

astecas também dominavam processo de beneficiamento de minérios,

principalmente ouro e prata, para praticas religiosas.

Tem-se registrado que os egípcios já utilizavam processos

gravíticos, com o ouro, posteriormente veia utilização dos moinhos que

utilizavam mecanismos mecânicos que combinavam a força animal com a

força de elementos naturais, como a água. Sendo que a partir da

Revolução Industrial a busca por melhorias no tratamento de minérios foi

significativa, devido estes serem fonte de riquezas e medida de poder da

época, e com isso palatinamente os avanços chegaram.

Um outro passo importante ocorreu em 1905, quando foi utilizado o

processo de Flotação, na Austrália, e a partir disso os projetos buscaram

reformular o conceito de qualidade, ocasionando em máquinas mais

eficientes e menores o que proporcionou a vasta pesquisa em

desenvolvimento e otimização de equipamentos.

Houve também o período em que começou a ser levado em

consideração os impactos ambientais, porém até os anos 60, a visão dos

impactos ambientais causados nesta extração não tinha grande

importância, já nos anos 70 foi aumentando a polêmica sobre o assunto

até que hoje uma previsão dos impactos é um dos pontos principais antes

de se começar a extração. Quanto a evolução de maquinário e processos,

hoje já possuem máquinas com sistemas automatizados, monitorados por

computador, e além disso, hoje temos a preocupação, acima de tudo, com

a questão energética.

2.3 – Depósitos e jazidas minerais

O conceito de jazida mineral diz respeito a um local em que exista a

concentração de uma ou mais substância, onde as mesmas possuem um

valor econômico, estas jazidas podem estar localizadas na superfície ou

no interior da crosta terrestre, essas substâncias incluem minerais

propriamente ditos ou até mesmo substâncias fósseis como carvão mineral

e petróleo.

Sua classificação pode ser segundo à sua forma geométrica do minério e origem:

• Jazidas magmáticas (filonianas ou intrusivas):

As jazidas magmáticas são chamadas de filonares ou intrusivas,

devido ao fato do seu aparecimento ser em forma de filão, isto é, cortando

as rochas preexistentes.

• Jazidas aluvionares:

Aquela em que o mineral está incorporado aos aluviões.

• Jazidas de inclusão:

Aquela em que o mineral se encontra disseminado na rocha

endógena, em vez de apresentar-se em aglomerados, ou em filões.

• Jazidas petrolíferas:

É o depósito de petróleo em formação favorável à exploração.

Há ainda jazidas sedimentares, onde se encontram depósitos de

cassiterita, ouro e prata. Como tipos ígneos, inclui-se o topázio, a

magnetita, a turmalina e outros; os hidratermais compreendem vários

sulfetos, óxidos e outros; como tipos produzidos por água, citam-se entre

outros a bauxita e a galena.

Para extração são traçados mapas metalogenéticos, relativos às

áreas em que existem maiores incidências de certos tipos de minérios,

sendo estipulados de acordo com o objetivo da empresa. Eis alguns

exemplos de áreas promissoras, com jazidas e depósitos de grande porte.

• Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais - Brasil.

• Província Gemológica Sul-brasileira.

• Carajás, Pará - Brasil.

No âmbito Brasil podemos dizer que, o território brasileiro é

constituído predominantemente por um embasamento formado por rochas

metamórficas, ígneas e sedimentares, além de coberturas fanerozóicas.

Tal território, em sua total extensão, esta inserido na chamada Plataforma

Sul-americana (cuja formação é remontada a 2 600 milhões de anos

atrás).

A compartimentação do território brasileiro pode ser dividida em:

• Bacias sedimentares: (do Parnaíba, do Amazonas, do

Recôncavo, dos Parecis, do Acre, do Paraná etc.)

• Crátons: (Crátons Amazônico, São Luís, São Francisco, Luís

Alves, Maciço Central Goiano,Rio de la Plata);

• Faixas de dobramento: (Paraguai, Brasília, Atlântico,

Sergipana, Espinhaço, Uruaçu, Araguaia-Tocantins, Araçuaí, Ribeira,

Rio Preto).

O estudo dessa geologia do território nacional tem grande

importância, pois permite, inclusive, a identificação de ambientes minerais

portadores de jazidas de grande potencial mineral, em termos de bens

minerais de aproveitamento de ordem econômica. Como referência do

potencial mineral do Brasil, o país possui: as maiores reservas mundiais de

nióbio, com 85% das jazidas existentes; a terceira maior reserva de

cassiterita do mundo, com 12,2% das jazidas; a terceira maior reserva de

bauxita, com 11,1% das jazidas; a quarta maior reserva de caulim, com

9,3% e a quinta maior reserva de minério de ferro, com 8% do total.

Tais considerações sobre o estudo de depósitos de jazidas são de

suma importância devido à necessidade da indústria de absorver matéria

prima para abastecer o mercado de eletrônicos, máquinas pesadas entre

outros utensílios, visando um melhor aproveitamento da extração desses

minérios.

2.4 – Minerais e seu uso

Segundo Adão luz, “mineral é todo corpo inorgânico de composição

química e propriedades físicas definidas, encontrado na crosta terrestre” e

ainda, quando se tem esse mineral agregado a outros minerais de maior

valor, que tem capacidade de aproveitamento industrial tem-se

conceituado um minério.

Como já mencionado dota e qualquer atividade desenvolvida pelo

homem necessita da agregação de minérios para sua bem feitoria,

podemos arriscar dizer que , a partir da Revolução Industrial, não á

desenvolvimento de uma nação cem a exploração de seus recursos

minerais.

Com isso em mente, e tomando a evolução das descobertas de

minerais e sua utilização, surgiram inúmeras formas de classificá-los. O

primeiro que propôs uma ordem de classificação foi Linné (1758) no livro

“In Nature”, e posteriormente surgiram várias outras classificações, sendo

a mais utilizada pela mineralogia, o sistema de classificação elaborado por

Hugo Strunz, que divide os minerais em doze grandes grupos que levam

em consideração os critérios cristaloquímicos. Sendo estes: elementos

nativos; sulfetos; sulfossais; óxidos e hidróxidos; halogenetos; carbonatos;

nitratos; boratos; sulfatos e cromatos; fosfatos, arsenietos e vanadatos;

tungstatos e molibdatos, e silicatos (nesossilicatos, sorossilicatos,

ciclossilicatos, inossilicatos, filossilicatos e tectossilicatos).

Sendo adotado neste trabalho, os principais grupos de classificação

do referido modelo para especificar os minerais e exemplificar seu uso.

• Elementos Nativos

São os minerais que ocorrem na natureza em estado puro, não

combinado. Como o ouro, prata, cobre (nativo), enxofre, diamante, grafite.

È importante salientar que o cobre nativo foi amplamente utilizado ao longo

da história, pois não se conhecia essa substância em outra forma.

• Sulfetos

Os Sulfetos são minerais que surgem da combinação de um

elemento metálico ou semi-metálico com o enxofre(S). São exemplos de

Sulfetos, Esfarelita (ZnS), Calcopirita(CaFeS2), Galena (PbS),

Pirita(FeS2), Molibdenita (MoS2).

Merece destaque a Pirita por ser o mineral mais comum dessa

classe sendo amplamente encontrado em depósitos hidrotermais,

associados com outros sulfetos como, por exemplo, a Calcopirita.

• Sulfatos, Cromatos, Tungstatos e Molibdatos

É proveniente da combinação de cátion bivalente com os complexos

Iônicos (SO4)2-, CrO4, MoO42-, WO42- . São exemplos desses minerais

as, Tenardita (Na2SO4), Anidrita (CaSO4), Celestina (SrSO4), Barita

(BaSO4), Crocoíta (PbCrO4), Wulfenita (PbMoO4), Scheelita (CaWO4) e a

Gipsita( CaSO4.2H2O).

Como representante desses grupos temos principalmente a Gipsita,

que é encontrado em camadas sedimentares estratificadas com calcários.

Importante no fornecimento de Ca e S para as plantas. Também sendo

amplamente utilizada na industria para produção de Gesso, Retardadores

e Cimento.

• Óxidos e Hidróxidos

É composta basicamente da combinação de oxigênio(no caso dos

óxidos) ou da Hidroxila(no caso dos Hidróxidos) com um ou mais metais.

Sendo este um grupo abrangente, que possui elementos importantes para

a industria, tais como, Cassiterita (SnO2), Espinélio (MgAl2O4),

Crisoberílio (Al2BeO), Gibbsita Al(OH)3, Hematita (Fe2O3), Magnetita

(Fe3O4), Ilmenita (FeTiO3), Rutilo (TiO2), Uraninita (UO2), Goethita

(FeO(OH), Brucita (Mg(OH)2). Como podemos constatar esta categoria

possui minerais essenciais na produção industrial, como os óxidos de ferro

que são as principais fontes de ferro da siderurgia, além dos óxidos de

alumínio, que são essenciais para o desenvolvimento industrial.

• Háloides

São formados a partir da ligação de cátions de baixa valência com

íons halogênicos eletronegativos, assim, dando origem a compostos como

a, Halita (NaCl), Silvita (KCl), Fluorita (CaF2), Criolita (Na3AlF6) . Os

exemplos mais amplos de aplicação se dão pela Halita e a Silvita, sendo a

Halita composto formador do sal de cozinha e fornecedor de cloro e sódio

para a indústria e a Silvita fornecedora importante de potássio para a

indústria de fertilizantes.

• Carbonatos

É composto da combinação de cátions bivalentes com o complexo

Aniônico (CO3)2-. Sendo os principais representantes deste subgrupo a

Magnesita (MgCO3), a Calcita (CaCO3) e a Dolomita (CaMg(CO3)2).

Sendo estes amplamente utilizados na industria cimentícia, de

ornamento(mármore) e de química.

• Nitratos e Boratos

É composto da combinação de cátions bivalentes com o complexo

Aniônico (NO3 -) ou com o (B O3 -), compondo compostos como o Salitre

(KNO3) e o Bórax (Na2B4O7.10H2O).

• Fosfatos, Arsenatos e Vanadatos

São encontrados a partir da combinação de cátions metálicos com

os complexos aniônicos (PO4)3- , (AsO4)3- ou (VO4)3- , e formam

compostos como a Apatita (Ca5F(PO4)3), que um importante fertilizante.

É importante mencionar que existe também um modelo mais

generalizado de classificação, que toma os minerais como Metálicos, Não-

Metálicos e Energéticos, sendo este utilizado majoritariamente na

indústria.

2.5 – Necessidade de Beneficiamento

O processo de separação procura adquirir o máximo de

aproveitamento das diferenças existentes nas propriedades das partículas

minerais. Frequentemente um bem mineral não pode ser utilizado da forma

tal como é lavrado. Quanto ao aproveitamento de um bem mineral vai-se

desde a concentração até a extração do metal, a primeira operação traz

vantagens econômicas à metalurgía, devido ao descarte de (massa)

rejeitos, alcançados na etapa de concentração. Exemplo: um minério de

scheelita com teor de 0,35WO3 não pode ser utilizado economicamente na

metalurgía extrativa. Isso é possível após a concentração gravitacional ou

flotação, até obtenção de concentrados com cerca de 70% WO3.

Por outro lado nem sempre é possível concentrar o minério, existem

casos em que o metal de interesse é de difícil separação do rejeito devido

à distribuição deste na rede cristalina dos demais compostos minerais

presentes. É o caso das lateritas niquelíferas de Goiás, onde o seu

aproveitamento só é viável partindo-se direto para extração do metal por

hidrometalugia. Isto é, devido a distribuição do níquel na rede cristalina dos

minerais de ganga e, além do mais, sem nenhuma preferência por

determinado mineral, ocorre o impedimento de uma concentração.

Outrora pode ser interessante economicamente não chegar ao

elemento útil, mais a um produto intermediário. Ainda usando o exemplo

das lateritas niquelíferas, podemos ter como rota alternativa de

processamento o processo pirometalúrgico, que leva ao ferroníquel, em

vez de ao níquel metálico. Este processo consiste numa calcinação

seguida da redução em forno elétrico.

2.6 – Finalidade Econômica e Social

O processo de extração e beneficiamento mineral teve um papel

importantíssimo na história da humanidade e durante a sua ascensão

tecnológica. Hoje os metais são essenciais para a construção de objetos

comuns no cotidiano, como o cobre, usado como condutor elétrico em

aparelhos eletrônicos, o ferro e o aço, largamente utilizados na construção

de veículos e na construção civil, além de outros diversos metais ferrosos

e não-ferrosos que são aplicados na medicina, nas engenharias, no campo

esportivo e até mesmo em objetos decorativos e ornamentais.

A indústria mineral, assim como a pecuária e a agricultura, tem

papel de destaque na economia e na história de qualquer país que a

pratique. No Brasil, por exemplo, a busca por ouro, prata e cobre durante o

século XVIII foi um fator crucial para a exploração e interiorização do

território Brasileiro. Em 2007, a Indústria Brasileira de Mineração e

Transformação Mineral contribuiu com US$ 70 bilhões, ou seja,

aproximadamente 5,17% do PIB Brasileiro.

Presente em aproximadamente 1500 municípios Brasileiros, a

indústria mineradora contribui para o desenvolvimento econômico e social

dos municípios, fato demonstrado pelo significativo aumento do Índice de

Desenvolvimento Humano.

O que realmente destaca o setor mineral está em sua capacidade

de gerar empregos diretamente e indiretamente. De acordo com o Serviço

Geológico Brasileiro para cada posto de trabalho criado na mineração são

criadas outras 13 vagas ao longo da cadeia produtiva.

Tabela evidenciando um maior IDH dos municípios mineradores em relação à unidade

federativa.

Considerando, portanto, os empregos gerados diretamente em

2008, cerca de 160 mil, a indústria mineral gerou indiretamente cerca de

dois milhões de empregos, sem considerar os empregos provenientes de

garimpos, e os gerados nas fases de pesquisa, prospecção e

planejamento.

Tabela indicando o número de empregos diretos gerados pela indústria

mineradora

É evidente a importância da indústria mineral na sociedade

moderna, a mineração acompanha o homem desde sua pré-história e está

mais do que nunca presente em nossas vidas, depende-se dela para

manter nossa qualidade de vida e certamente no futuro estaremos mais

dependentes ainda da mineralogia.

2.7 – Meio Ambiente

Grande parte dos problemas ambientais é causada pela quantidade

de dejetos não aproveitados na extração ou no beneficiamento (Tabela 1).

Na teoria todo o produto da lavra deve ser aproveitado; mas isso não

ocorre por na maioria dos casos ser antieconômico a utilização dos

rejeitos, tornando o beneficiamento fundamental para a menor desperdício.

Tabela 1 – Quantidade de resíduos em milhões por tonelada, e eficiência da produção

Um dos grandes impactantes do meio ambiente é a extração de

ouro, com pequena porcentagem de aproveitamento na extração

(aproximadamente 0,00033%), a exemplo o Quadrilátero Ferrífero em

Minas Gerais a utilização e a posterior estocagem de rejeitos de arsênio

nas proximidades de riachos ou lançados nas drenagens causaram o

comprometimento do solo e da água. Há também a extração de ouro

através dos garimpos, onde a utilização de metais pesados como o

mercúrio, contamina o rio e há a abertura de clareiras na floresta para a

extração, logo podemos caracterizar a garimpagem como uma extração

predatória e pouco eficiente.

Um aspecto importante durante o beneficiamento do minério

relativo ao ambiente são os efluentes resultantes do processo de flotação,

que podem conter sulfetos, amônia e outros e quando depositados em rios

modificam e até impossibilitam a fauna e flora local.

2113

1648

745 845

150,00250

500

1000

1500

2000

2500

Milhões / t

Resíduo Produção

Fonte: Worldwatch Institute

Ferro

Cobre

Ouro

A área de depósito de rejeitos deve também ter cuidados,

como uma grande montanha de terra, ao chover a terra vai ser levada para

áreas de menor altitude que pode ser um rio, auxiliando no assoreamento

deste.

Minerações a céu aberto modificam a paisagem local do ambiente

em uma grande área (Figura 1), além da poluição sonora e a poeira

levantada na extração através de explosivos, problemas estes que são

simples e são sentidos apenas pela população local ou mesmo pelos

trabalhadores da mina. No que se refere ao ambiente pós-extração das

jazidas, a mineradora deve a priori ter um projeto que vá desde a

concepção do plano de lavra até o reflorestamento da área. Recuperando

a paisagem, fauna e flora local antes da extração.

Figura 1. Extração de diamantes no Canadá (Google Maps).

3 – Conclusão

Os assuntos abordados geram uma capacidade de compreensão maior

acerca dos conceitos de metalurgia e ciência dos materiais. O que é

importante para termos uma formação consolidada, e praticarmos o

conhecimento e sua geração, seja em uma empresa, seja como pesquisador.

É importante termos conteúdo para que possamos desenvolver corretamente a

solução de problemas referentes à nossa área de atuação. E ainda sem as

informações introdutórias seria difícil a compreensão das etapas seguintes

aplicadas no beneficiamento de minérios.

4 – Referências

ALMEIDA, João Tarcísio de. Uso e Importância dos Bens Minerais.

DNPM/BA, 2007. Material disponível em: http://www.dnpm.gov.br.

BIONDI, J.C.Depósitos de minerais metálicos de filiação magmática.

CBMM & T.A.Queiroz ed., São Paulo - Brasil, 602 p. 1986

http://www.algosobre.com.br/geografia/reservas-minerais-do-brasil.html

http://www.ambientebrasil.com.br/composer.php3?base=./educacao/index.

php3&conteudo=./glossario/j.html

IBRAM – Instituto Brasileiro de Mineração. Produção Mineral Brasileira.

Disponível em: http://www.ibram.org.br

LUZ, Adão Benvindo. Tratamentos de Minérios. Editora CETEM/CNPq,

1995.

PENNA, C.G., 2009. Efeitos da Mineração no Meio Ambiente. Disponível

em: <http://www.oeco.com.br/>

PORMIN – Portal de Apoio ao Pequeno Produtor Mineral. Beneficiamento

de Minérios. Disponível em http://www.pormin.gov.br/

RAMDOHR, Paul e STRUNZ, Hugo. Lehrbuch der Mineralogie (16.

Aufl.), Ferdinand Enke Verlag, 1978.

SCHOBBENHAUS, C. & COELHO, C.E.S. coords.. Principais Depósitos

Minerais do Brasil. Vol. 2 – Ferro e Metais da Indústria do Aço. Publicação

do Convênio DNPM/CVRD/CPRM, Brasília (DF, Brasil), 1986.

SILVA, J.P.S., 2007. Impactos ambientais causados por mineração.

REVISTA ESPAÇO DA SOPHIA - Nº 08 Ano I.