beneficiamento de um minÉrio primÁrio de cobre...

UFRJ

Rio de Janeiro Abril de 2012

BENEFICIAMENTO DE UM MINRIO PRIMRIO DE COBRE

MEDIANTE O USO DE MICRO-ORGANISMOS: biolixiviao e cominuio bio-assistida.

Juan Carlos Guerrero Barreto

Tese de Doutorado submetida ao Programa de Ps-graduao em Geologia, Instituto de Geocincias, da Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, como requisito necessrio obteno do grau de Doutor em Cincias (Geologia).

Orientador (es):

Claudio Gerheim Porto, PhD. Luis Gonzaga Santos Sobral, PhD.


BENEFICIAMENTO DE UM MINRIO PRIMRIO DE COBRE MEDIANTE O USO DE MICRO-ORGANISMOS: biolixiviao e cominuio bio-assistida.


Orientador (es): Claudio Gerheim Porto, Luis Gonzaga Santos Sobral

Tese de Doutorado submetida ao Programa de Ps-graduao em Geologia, Instituto de Geocincias, da Universidade Federal do Rio de JaneiroUFRJ, como parte dos requisitos necessrios obteno do ttulo de Doutor em Cincias (Geologia).

Aprovada por:

_____________________________________________________ Presidente: JOS MRIO COELHO, DSc (UFRJ/IGEO) _____________________________________________________ REINER NEUMANN, DSc (CETEM/MCTI) _____________________________________________________ MARISA BEZERRA DE MELLO MONTE, DSc (CETEM/MCTI) _____________________________________________________ DENISE BEVILAQUA, DSc (UNESP) _____________________________________________________ GILSON EZEQUIEL FERREIRA, DSc (CETEM/MCTI)

Guerrero, Juan Carlos Barreto BENEFICIAMENTO DE UM MINRIO PRIMRIO DE COBRE MEDIANTE O USO DE MICRO-ORGANISMOS: biolixiviao e cominuio bio-assistida / Juan Carlos Guerrero Barreto. - Rio de Janeiro: UFRJ/Geologia, 2012. xvii, 101f.: il.; 29,7 cm. Orientadores: Claudio Gerheim Porto e Luis Gonzaga Santos Sobral. Tese (Doutorado em Geologia) UFRJ/Geologia/ Programa de Ps-Graduao em Geologia, 2012. Referncias Bibliogrficas: f 94-101. 1. Minrio de Cobre. 2. Biolixiviao 3. Micro-organismos acidfilos. 4. ndice de Bond. 5. Simulao. I. Porto, Cludio Gerheim e Sobral, Luis Gonzaga Santos. II. UFRJ/ Programa de Ps-graduao em Geologia. III. Ttulo (srie)

A meus pais que so meu orgulho.

iii

AGRADECIMENTOS

A meu Deus por ter me dado foras para poder levar adiante este trabalho.

A meus pais e minha famlia por ter me dado todo seu apoio incondicional

A meus orientadores Dr. Luis Gonzaga Santos Sobral e o Prof. Claudio Gerheim Porto pelas orientaes, conselhos e auxlio, sempre que eu precisei.

Ao CETEM e ao, ento diretor, Dr. Ado Benvindo da Luz por ter me permitido utilizar as instalaes do Centro para o desenvolvimento deste trabalho.

Ao Dr. Reiner Neuman por ter emprestado seus laboratrios para poder realizar a caracterizao das amostras e pelas suas valiosas observaes.

Ao Dr. Luis Marcelo Tavares e sua equipe do Laboratrio de Tratamentos de Minrios da COOPE/UFRJ pelo o auxilio no desenvolvimento do mtodo nos

ensaios de moagem.

A Dra. Marisa Bezerra de Mello Monte, por sua pacincia, palavras de animo e por ter permitido dividir meu tempo entre as atividades de trabalho e as da minha tese.

A Renata, minha companheira, que sempre esteve pronta para me ajudar, eu devo muito de tudo isto.

A Mnica Regina Lima, minha amiga, pelas cobranas e motivao.

A Renata Lima e meus estagirios Emerson, Thaiana, Ricardinho e Isabella, muito obrigado pelo seu esforo.

A meus amigos de boteco Gabriel, Vito, Junior, Jorge, David e Carlos Eduardo nesses momentos surgiram as grandes ideias e foram encontradas as respostas s

perguntas mais complexas.

A meus companheiros do laboratrio da CPMA, COAM e COPM do CETEM.

Ao CNPq pela bolsa concedida.

iv

La science, mon garon, est faite d'erreurs, mais d'erreurs qu'il est bon de commettre, car elles mnent peu peu la vrit.

Jules Verne, 1867.

(A cincia, meu rapaz, feita de erros, mas de erros que por sua vez, so os passos

para chegar verdade)

Julio Verne, 1867.

v


RESUMO

BENEFICIAMENTO DE UM MINRIO PRIMRIO DE COBRE MEDIANTE O USO DE MICRO-ORGANISMOS: biolixiviao e cominuio bio-assistida.


Orientador (es): Claudio Gerheim Porto, Luis Gonzaga Santos Sobral

Resumo da Tese de Doutorado submetida ao Programa de Ps-graduao em Geologia, Instituto de Geocincias, da Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, como parte dos requisitos necessrios obteno do ttulo de Doutor em Cincias (Geologia).

A inovao tecnolgica no processamento mineral, mediante o uso de micro-organismos, nas etapas hidrometalrgica e de cominuio foi o objeto deste estudo. Os micro-organismos, de forma indireta, colaboraram com o aumento da recuperao devido ao grau de fragmentao da rocha. Desta forma, esta pesquisa visou avaliar a capacidade de micro-organismos Mesoflicos, Termoflicos Moderados e Extremos na lixiviao de cobre e na fragilizao de um minrio primrio de cobre que apresenta problemas na etapa de flotao. Os resultados mostraram que o consrcio de micro-organismos que teve um melhor desempenho no processo bio-oxidativo, foi o constitudo por micro-organismos termoflicos moderados; porm, necessria a utilizao dos trs consrcios em conjunto uma vez que em uma pilha de grandes dimenses, os trs estariam atuando em conjunto. Foi observada, tambm, a atividade dos micro-organismos nativos (prprios do minrio) os quais mostraram um aceitvel desempenho no processo de biolixiviao. As extraes de cobre nos ensaios em coluna, nos testes bitico e com a atuao, to somente, dos micro-organismos endgenos, foram de 68 e 61%, respectivamente. O rejeito da coluna do ensaio Bitico teve uma reduo no ndice de Trabalho e no do Consumo de Energia de 12,26 e 8,42 %, respectivamente. Em escala piloto, houve uma diminuio no ndice de trabalho, reduzindo assim em 7% o consumo de energia e na etapa posterior de concentrao o minrio respondeu bem ao processo de flotao. Portanto, o tratamento biolgico proposto neste estudo foi adequado na extrao eficaz do cobre contido na amostra de minrio primrio de sulfetos de cobre, bem como na fragilizao do minrio.

Palavras-chave: Minrio de Cobre, Biolixiviao, Micro-organismos Acidfilos, ndice de Bond, Simulao.

vi


ABSTRACT

MINERAL PROCESSING OF A PRIMARY COPPER ORE BY MICROORGANISMS: bioleaching and bioassited comminution.


Supervisors: Claudio Gerheim Porto, Luis Gonzaga Santos Sobral

Abstract da Tese de Doutorado submetido ao Programa de Ps-graduao em Geologia, Instituto de Geocincias, da Universidade Federal do Rio de Janeiro UFRJ, como parte dos requisitos necessrios obteno do ttulo de Doutor em Cincias (Geologia). The technological innovation in the mineral processing, by using microorganisms in the hydrometallurgical and comminution steps was the objective of this study. The microorganisms, in an indirect way, enhance the copper recovery due to the rock fragmentation. Therefore, this study aimed at evaluating the ability of mesophilic, moderate thermophilic and extreme thermophilic microorganisms on the bioleaching of copper and bio-embrittlement of primary copper ore sample that shows problems in froth-flotation process. The results showed that the consortium that had a best performance in the bio-oxidative process was moderate thermophilic microorganisms, but it is necessary to use the three consortia together in the scaling up process as they act collectively. It was also observed that the activity of indigenous micro-organisms (found in the ore) showed an acceptable performance in the bioleaching process. In the column tests, the copper extractions in biotic and that where only the indigenous microorganisms were acting were 68 and 61%, respectively. The tailings of biotic column test had a reduction in the work index and energy consumption of 12.26 and 8.42, respectively. In pilot scale, the sample, after biological treatment, decrease its bond work index, reducing the energy consumption in 7%, and in the next stage the sample have a good response to froth flotation process. In conclusion, the biological treatment proposed in this study was adequate for an efficient copper extraction out of the primary copper ore as well as in fragilizing the ore sample.

Key-Words: Copper ore, Biolixiviation, Acidophilic Microorganism, Work Index, Simulation.

vii

SUMRIO

AGRADECIMENTOS ................................................................................................. iii

RESUMO.................................................................................................................... V

ABSTRACT ............................................................................................................... VI

SUMRIO ................................................................................................................ VII

LISTA DE FIGURAS .................................................................................................. X

LISTA DE TABELAS .............................................................................................. XIII

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS ................................................................. XIV

LISTA DE SMBOLOS ........................................................................................... XVII

1 INTRODUO .............................................................................................. 1

1.1 ENUNCIAO DO TEMA E JUSTIFICATIVA DO ESTUDO.............................................. 1 1.2 OBJETIVOS ......................................................................................................... 3

2 REVISO BIBLIOGRFICA ........................................................................ 5

2.1 O COBRE ........................................................................................................... 5 2.1.1 Principais Tipos de Minerais de Cobre ..................................................... 5 2.1.2 Cadeia Produtiva ........................................................................................ 6 2.1.3 Oferta e Demanda ....................................................................................... 7 2.1.4 Preos, Custos e Margens. ...................................................................... 12 2.2 O TRATAMENTO BIO-OXIDATIVO ......................................................................... 13 2.2.1 Micro-organismos Envolvidos ................................................................ 13 2.2.1.1 Micro-organismos mesoflicos .................................................................. 13 2.2.1.2 Micro-organismos termoflicos .................................................................. 14 2.2.2 Emprego de Consrcios Microbianos .................................................... 15 2.2.3 Caractersticas do Processo de Biolixiviao ....................................... 16 2.2.4 Mecanismos de Oxidao dos Minerais ................................................. 16 2.2.4.1 Mecanismo direto ..................................................................................... 17 2.2.4.2 Mecanismo indireto .................................................................................. 17 2.2.4.3 Processo GEOCOATTM ............................................................................ 19 2.3 FUNDAMENTOS DE QUEBRA DE PARTCULAS E CONSUMO DE ENERGIA................... 20 2.3.1 Quebra de Partculas ................................................................................ 20 2.3.2 Teorias da Cominuio ............................................................................ 21 2.3.3 Mtodo de Bond para o Escalonamento de Moinho de Barras ............ 22 2.3.3.1 Clculo do parmetro do ndice de Trabalho (IT) ..................................... 23 2.3.3.2 Ampliao de escala de um moinho de barras ......................................... 23 2.3.3.3 Fatores de eficincia ................................................................................ 24 2.3.3.4 Clculo da energia especfica .................................................................. 24 2.3.3.5 Clculo da potncia .................................................................................. 25 2.3.4 Energia Requerida para a Extrao Mineral ........................................... 25

viii

3 MATERIAIS E MTODOS .......................................................................... 28

3.1 AMOSTRAS ....................................................................................................... 28 3.1.1 Amostragem .............................................................................................. 28 3.1.2 Preparao das Amostras ....................................................................... 28 3.1.2.1 Minrio Primrio de Cobre ........................................................................ 28 3.1.2.2 Concentrado de Flotao ......................................................................... 28 3.2 CARACTERIZAO ............................................................................................. 29 3.2.1 Anlises por Difrao de Raios-X ........................................................... 29 3.2.2 Anlises por Fluorescncia de Raios-X.................................................. 31 3.2.3 Anlise Granulomtrica ........................................................................... 31 3.2.4 Digesto cida das Amostras ................................................................. 32 3.2.5 Microscpio Petrogrfico ........................................................................ 32 3.3 CONSRCIOS DE MICRO-ORGANISMOS E MEIO DE CULTURA ................................. 33 3.3.1 Crescimento e Aclimatao dos Consrcios Microbianos ................... 33 3.4 VISUALIZAO DOS MICRO-ORGANISMOS MESOFLICOS ........................................ 34 3.5 ENSAIOS DE BIOLIXIVIAO EM ESCALA DE BANCADA ............................................ 35 3.5.1 Condies para os Ensaios em Bancada ............................................... 35 3.5.1.1 Ensaios com Consrcios Mesoflicos, Termoflicos Moderados e Extremos 36 3.5.1.2 Ensaio com os Consrcios Microbianos Atuando em Conjunto ............... 37 3.6 ENSAIO DE BIOLIXIVIAO EM COLUNA SEMI-PILOTO AUTOMATIZADA .................... 37 3.6.1 Ensaios Bitico e Nativo em Coluna Semi-piloto .................................. 38 3.6.2 Medidas de Monitoramento e Controle................................................... 40 3.6.2.1 Medidas de pH e Eh ................................................................................. 40 3.6.2.2 Determinao da concentrao de ferro total ........................................... 41 3.6.2.3 Determinao da concentrao de cobre ................................................. 41 3.6.3 Preparao e Caracterizao dos Rejeitos ............................................ 42 3.7 ENSAIO DE BIOLIXIVIAO EM COLUNA PILOTO .................................................... 42 3.8 CONSUMO DE ENERGIA NOS ENSAIOS EM ESCALA SEMI-PILOTO .......................... 43 3.8.1 Moinho de Barras ..................................................................................... 43 3.8.2 Ensaios de Moabilidade ........................................................................... 44 3.8.3 Modelo do Moinho de Barras .................................................................. 44 3.8.3.1 Funo seleo (S) .................................................................................. 45 3.8.3.2 Funo quebra (B) .................................................................................... 45 3.8.3.3 Retro-clculo dos parmetros das funes S e B..................................... 46 3.8.4 Determinao do IT e Consumo de Energia ........................................... 46 3.9 ENSAIO BIOOXIDATIVO EM ESCALA PILOTO. ......................................................... 47 3.9.1 Determinaes do ndice de Trabalho em Moinho de Bolas ................ 47 3.9.2 Ensaios de Flotao em Bancada ........................................................... 48

4 RESULTADOS E DISCUSSO .................................................................. 50

4.1 CARACTERIZAO ............................................................................................. 50 4.1.1 Minrio Primrio de Cobre ....................................................................... 50 4.1.2 Concentrado de Flotao ......................................................................... 53 4.2 VISUALIZAO DOS MICRO-ORGANISMOS ............................................................. 55 4.3 ENSAIOS EM ESCALA DE BANCADA UTILIZANDO CONSRCIOS DE MICRO-ORGANISMOS MESOFLICOS, TERMOFLICOS MODERADOS E EXTREMOS ........................... 58 4.3.1 Efeito no Potencial Redox. ...................................................................... 58 4.3.2 Efeito na Dissoluo de Espcies de Cobre e Ferro ............................. 60

ix

4.3.3 Efeito na Composio Mineralgica ....................................................... 63 4.4 ENSAIOS EM ESCALA DE BANCADA UTILIZANDO CONSRCIOS EM CONJUNTO ........ 68 4.4.1 Efeito no Potencial Redox ....................................................................... 69 4.4.2 Efeito na Dissoluo de Espcies de Cobre e Ferro ............................. 70 4.4.3 Efeito na Composio Mineralgica ....................................................... 71 4.5 ENSAIOS DE BIOLIXIVIAO EM COLUNA AUTOMATIZADA SEMI-PILOTO .................. 74 4.5.1 Efeito no Potencial Redox ....................................................................... 74 4.5.2 Efeito na Dissoluo de Espcies de Cobre .......................................... 75 4.5.3 Efeito na Composio Qumica da Amostra .......................................... 76 4.6 SIMULAO DO MOINHO DE BARRAS PADRO DE BOND ....................................... 79 4.6.1 Distribuio Granulomtrica das Amostras no Ensaio de Moabilidade. 79 4.6.2 Ajuste do modelo ..................................................................................... 81 4.7 NDICE DE TRABALHO E CONSUMO DE ENERGIA NO ENSAIO SEMI-PILOTO. .............. 84 4.8 ENSAIO EM COLUNA PILOTO DE BIOLIXIVIAO. ................................................... 85 4.8.1 Composio Qumica, Mineralgica e Distribuio Granulomtrica das Amostras .................................................................................................................. 85 4.8.2 ndice de Trabalho e Consumo de Energia do Moinho de Bolas (Mtodo de Bond) .................................................................................................... 87 4.8.3 Recuperao de Cobre da Frao Fina da Amostra aps Tratamento por Flotao ............................................................................................................. 88

5 CONCLUSES ........................................................................................... 89

6 RECOMENDAES .................................................................................. 92

7 REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ........................................................... 94

8 ANEXOS

Anexo 1: Dados dos ensaios em bancada.

Anexo 2: Dados dos ensaios em coluna semi-piloto.

Anexo 3: Dados dos ensaios de moabilidade

Anexo 4: Dados do ndice de Trabalho de Bond das amostras no moinho de Barras

Anexo 5: Relatrio do ndice de Trabalho do Moinho de Bolas amostra de minrio primrio de cobre.

Anexo 6: Relatrio do ndice de Trabalho do Moinho de Bolas amostra de rejeito do ensaio de biolixiviao em coluna piloto.

x

LISTA DE FIGURAS

Figura 1. Cadeia produtiva do cobre. ......................................................................... 7

Figura 2. Reservas em 2009 (barras em preto) e produo mundial de cobre no ano

de 2010 (barras em vermelho). ............................................................................ 8

Figura 3. Incremento no Consumo de Cobre.............................................................. 8

Figura 4. Consumo industrial de cobre por setores. ................................................... 9

Figura 5. Produo-consumo aparente de concentrado de cobre projetada de 2008

at 2030 num cenrio frgil (linha preta) e num cenrio vigoroso (linha azul). .. 11

Figura 6. Variao do preo do cobre no mercado internacional nos ltimos dez

anos. .................................................................................................................. 12

Figura 7. Mecanismo direto de interao micro-organismo-substrato mineral. ........ 17

Figura 8. Mecanismo indireto de interao bactria-substrato mineral. ................... 18

Figura 9. Mecanismo indireto de contato na interao micro-organismo-substrato

mineral. .............................................................................................................. 18

Figura 10. Fluxograma simplificado do beneficiamento para concentrados de cobre

empregando o processo GEOCOATTM. ............................................................. 19

Figura 11. Efeito dos teores de Cu no minrio sobre a energia incorporada das

vrias rotas de processamento para a produo de cobre. ............................... 26

Figura 12. Efeito dos teores de Cu no minrio sobre a emisso de gases do efeito

estufa (GWP) das vrias rotas de processamento para a produo de cobre. .. 27

Figura 13. Espectro Normalizado de uma amostra de dolomita e o resultado de seu

tratamento pelo mtodo de Rietveld para quantificao de fases minerais. ...... 31

Figura 14. Seo polida de calcopirita utilizada na visualizao dos micro-

organismos mesoflicos ...................................................................................... 34

Figura 15. Foto da coluna automatizada utilizada nos ensaios de Biolixiviao....... 38

Figura 16. Desenho esquematizado do sistema reacional. ...................................... 39

Figura 17. Moinho de Barras Tipo Bond. .................................................................. 44

Figura 18. Teste de flotao em escala de bancada da amostra de rejeito da coluna

de biolixiviao. .................................................................................................. 49

Figura 19. Distribuio granulomtrica da amostra de minrio primrio de cobre. ... 50

Figura 20. Principais espcies minerais identificadas no espectro de difrao de

raios-X da amostra de minrio primrio de cobre. ph (flogopita);an (andesina),

cpp (calcopirita); hn (hornblenda); tc (talco); cl (clorita); en (enstatita); qz

(quartzo). ............................................................................................................ 51

Figura 21. Fotomicrografias das principais espcies carreadoras de cobre sobre luz

refletida das amostras de mo do minrio de cobre. Calcopirita (ccp), bornita

(br), covelita (cv). ............................................................................................... 52

Figura 22. Fotomicrografias sobre luz refletida (A) e luz transmitida (B) das amostras

do minrio de cobre. .......................................................................................... 53

Figura 23. Distribuio granulomtrica da amostra de concentrado de flotao de

cobre. ................................................................................................................. 54

xi

Figura 24. Principais espcies minerais identificadas no espectro de difrao de

raios-X na amostra de concentrado de cobre. an (andesina), cpp (calcopirita); bn

(Bornita); tc (talco); cl (clorita); qz (quartzo). ...................................................... 54

Figura 25. Imagem da seo polida de calcopirita (ccp) com incluso de pirita (py)

obtida atravs do MEV aps um dia de ensaio. ................................................. 55

Figura 26. Espectro de DRX por EDS referente fase Py da fotomicrografia da

Figura 25. ........................................................................................................... 56

Figura 27. Espectro de DRX por EDS referente fase Cpp da fotomicrografia da

Figura 25. ........................................................................................................... 56

Figura 28. Imagem da adeso do micro-organismo na superfcie da calcopirita (A) e

dimenses mdias da bactria na face da amostra (B) aps um dia de ensaio,

obtidas atravs do MEV. .................................................................................... 57

Figura 29. Micro-organismos aderidos na superfcie da amostra aps 48 horas de

ensaio. Imagens obtidas atravs do MEV. ......................................................... 57

Figura 30. Potencial Redox dos ensaios: bitico (), nativo () e abitico () e pH

dos ensaios: bitico (), nativo () e abitico (), para os consrcios (A)

mesoflico, (B) termoflico moderado e (C) termoflico extremo. ........................ 59

Figura 31. Porcentagem de extrao de cobre em funo do tempo, em diferentes

condies: bitico (), nativo () e abitico (), para os consrcios de micro-

organismos mesoflico, termoflico moderado e termoflico extremo. ................. 61

Figura 32. Porcentagem de extrao de ferro em funo do tempo, em diferentes

condies: bitico (), nativo () e abitico (), para os consrcios de micro-

organismos mesoflico, termoflico moderado e termoflico extremo. ................. 62

Figura 33. Espectro de difrao de raios-X nos testes do ensaio de micro-

organismos mesoflicos em diferentes condies: bitico, nativo, abitico e

original. Minerais: ph (flogopita); cpp (calcopirita); hn (hornblenda); tc (talco); ch

(clorita); en (enstatita); qz (quartzo). .................................................................. 64


organismos termoflicos moderados em diferentes condies: bitico, nativo,

abitico e original. Minerais: ph (flogopita); cpp (calcopirita); hn (hornblenda); tc

(talco); ch (clorita); en (enstatita); qz (quartzo). .................................................. 65


organismos termoflicos extremos em diferentes condies: bitico, nativo,

abitico e original. Minerais: ph (flogopita); cpp (calcopirita); hn (hornblenda); jr

(jarosita); tc (talco); ch (clorita); en (enstatita); qz (quartzo). .............................. 66

Figura 36. Potencial Redox dos ensaios: bitico (), nativo () e abitico () e pH

dos ensaios: bitico (), nativo () e abitico (), para a mistura dos consrcios

dos micro-organismos Mesoflico, Termoflico Moderado e Termoflico extremo.

........................................................................................................................... 69


condies: bitico (), nativo () e abitico (), para a mistura de consrcios

microbianos. ....................................................................................................... 70

xii

Figura 38. Porcentagem de extrao de ferro em funo do tempo, em diferentes

condies: bitico (), nativo () e abitico (), para a mistura de consrcios

microbianos. ....................................................................................................... 71

Figura 39. Espectro de difrao de raios-X dos testes do ensaio de mistura de

consrcios, em diferentes condies: bitico, nativo, abitico e original.

Minerais: ph (flogopita); cpp (calcopirita); hn (hornblenda); jr (jarosita); tc (talco);

ch (clorita); en (enstatita); qz (quartzo)............................................................... 72

Figura 40. Variao do Eh nos ensaios: bitico (), nativo () e pH dos ensaios:

bitico () e nativo (), para a mistura dos consrcio de micro-organismos

mesoflico, termoflico moderado e termoflico extremo no ensaio em coluna. .. 74

Figura 41. Temperatura da coluna durante os ensaios bitico () e nativo () para a

mistura dos consrcios microbianos, em escala semi-piloto. ............................. 75


condies: bitico (), nativo (), para a mistura de consrcios microbianos no

ensaio em coluna. .............................................................................................. 76

Figura 43. Variao da composio qumica da amostra original de minrio de cobre

(cor preta), rejeito do ensaio bitico (cor vermelha) e rejeito do ensaio nativo

(cor azul) nos ensaios em coluna. ...................................................................... 78

Figura 44. Comparao da distribuio granulomtrica entre os dados experimentais

(smbolos) e os dados obtidos no ajuste (linhas slidas) atravs da simulao do

Moinho de Bond de Barras, na amostra original. ............................................... 82



Moinho de Bond de Barras, na amostra de rejeito do ensaio bitico. ................ 83



Moinho de Bond de Barras, na amostra de rejeito do ensaio nativo. ................. 83

Figura 47. Porcentagem de reduo dos ndices de moab, IT e consumo de energia

no britador nos ensaios bitico (vermelho) e abitico (azul). ............................. 84

Figura 48. Curva da distribuio granulomtrica da amostra original e aps

tratamento no ensaio em escala piloto. .............................................................. 87

xiii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1. Produo de concentrado de cobre no Brasil em 2010. ............................. 9

Tabela 2. Produo, importao e exportao de cobre (metal contido) no mercado

interno brasileiro de 2007 a 2010. ...................................................................... 10

Tabela 3. Principais projetos de cobre no Brasil ....................................................... 11

Tabela 4. Caractersticas de diferentes micro-organismos empregados na

Biolixiviao. Q.O.: Quimiolitotrfico obrigatrio; Q.F.: Quimiolitotrfico

facultativo; H: heterotrfico; Ar. aerbico; A.E.: aerbico estrito; A.n.:

anaerbico. ........................................................................................................ 15

Tabela 5. Origem dos dados cristalogrficos usados no refinamento ....................... 30

Tabela 6. Micro-organismos utilizados nos ensaios de bio-lixiviao. ...................... 33

Tabela 7. Testes de biolixiviao em escala de bancada. ........................................ 36

Tabela 8. Parmetros dos ensaios de Biolixiviao em coluna automatizada .......... 40

Tabela 9. Composio mineralgica das amostras nos testes dos ensaios

Mesoflicos. ........................................................................................................ 67


Termoflicos Moderados. .................................................................................... 67


Termoflicos Extremos. ....................................................................................... 68

Tabela 12. Composio mineralgica das amostras no ensaio de mistura de consrcios de micro-organismos. .....................................................................73

Tabela 13. Distribuio granulomtrica da amostra original (antes do tratamento) em

diferentes tempos de moagem no ensaio de moabilidade. ................................ 80

Tabela 14. Distribuio granulomtrica da amostra do teste bitico (inoculado) em

trs diferentes tempos de moagem no ensaio de moabilidade. ......................... 80

Tabela 15. Distribuio granulomtrica amostra teste Nativo (micro-organismos

endogenos) em trs diferentes tempos no ensaio de moabilidade. ................... 81

Tabela 16. Comparao entre as medidas de moab e de IT das amostras

estudadas. .......................................................................................................... 84

Tabela 17. Composio qumica das amostras original e aps ensaio em coluna em

escala piloto. ...................................................................................................... 86

Tabela 18. Minerais identificados por Difrao de Raios X no ensaio em coluna em

escala piloto. ...................................................................................................... 86

Tabela 19. Resultados obtidos nos ensaios de flotao preliminar com tempo de

moagem de 10 min. ........................................................................................... 88

xiv

LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS

a Parmetro da funo seleo

AAS Espectrometria de adsoro atmica

AbsFe Absorbncia do Fe2+

AbsFe(T) Absorbncia do Ferro total+

An Anaerbico

Ar Aerbico

B Funo quebra

b Funo quebra no acumulada.

bi,j Frao do material inicial de monotamanho j que passou ao novo Tamanho i.

Bij Valor acumulado dos valores de b para o tamanho j.

ccp Calcopirita

ch Clorita

cps contagem por segundo (DRX)

D Dimetro do moinho.

d80 Tamanho de abertura da peneira pela qual passa 80% do material.

dE Incremento de energia

DNPM Departamento Nacional de Produo Mineral

DRX Difrao de raios-X

dt Incremento de tempo

dwi Incremento de peso na frao i

dx Incremento de reduo de tamanho de partcula

EI Peso eletrodo inicial (electrogravimetria)

EF Peso eletrodo final (electrogravimetria)

E Energia de especifica de moagem

E0 Potencial padro

EH Potencial redox

en Enstatita

Ep Potencial observado

EPS Sustncia polimrica extracelular

EX Eletro-refino

F Nmero de faraday

FE Fator de eficincia

xv

FE1 Fator de eficincia para moagem via seco

FE2 Fator de eficincia devido ao tipo de moinho

FE3 Fator de eficincia devido ao dimetro do moinho

FE4 Fator de eficincia devido aos tamanhos grosseiros da alimentao

FE5 Fator de eficincia devido moagem fina

FE6 Fator de eficincia devido razo de reduo

FE7 Fator de eficincia devido correo sobre o tamanho da alimentao

FOB Preo livre a bordo (free on board)

FRX Fluorescncia de raios-X

GWP Gases do efeito estufa

H Heterotrfico

hn Hornblenda

IT ndice de Trabalho

ITD ndice de Trabalho pra um moinho de dimetro D

J Frao do volume de enchimento do moinho com os corpos moedores

jr Jarosita

K Constante do modelo de Bond

k Parmetro da funo quebra devido aos tamanhos grosseiros na alimentao

K Radiao

L Cumprimento do moinho em metros

LME London Metal Exchange

MCSA Minerao Caraba Sociedade Annima

MKM Meio de cultura (Modified Kelly medium)

moab Moabilidade do ensaio de Bond.

mp Potencia do eixo no modelo de Bond em kW

MS Metal sulfeto

n Constante da energia de fragmentao

n.d. Dado no informado

n1 Parmetro do modelo de Austin para a funo quebra.

n2 Parmetro do modelo de Austin para a funo quebra.

ne Nmero de eltrons envolvidos na reao

P.A. Pureza analtica

PIB Produto Interno bruto

ph Flogopita

xvi

p1 Malha de trabalho do IT

Q Vazo do material que processado no moinho em ton.h-1

Q.F. Quimiolitotrfico facultativo

Q.O. Quimiolitotrfico obrigatrio

qz Quartzo

R Constante dos gases

Si Taxa especifica de fratura na frao i.

SX Extrao por solventes

T Temperatura

tc Talco

USD Dlares americanos

W Massa de material que processado no moinho.

wi Frao de material na classe i antes do evento de quebra.

wi Peso na frao i

wi(t) Frao de partculas na classe i depois de um tempo de moagem t.

x Tamanho de partcula

xA Tamanho de partcula da alimentao

xA80 Tamanho de partcula do 80% do passante na alimentao

xP Tamanho de partcula do produto

xp80 Tamanho de partcula do 80% do passante do produto

xvii

LISTA DE SMBOLOS

Parmetro do modelo de raio de captura.

Parmetro do modelo de Austin para a funo seleo



Peso especfico do material.

b Densidade dos corpos moedores (Barras).

c Frao da velocidade crtica.

Parmetro do modelo de Austin para a funo quebra.

1

1 INTRODUO

1.1 ENUNCIAO DO TEMA E JUSTIFICATIVA DO ESTUDO

A Minerao Caraba S.A. (MCSA) opera uma mina subterrnea de minrio de

cobre, localizada na Fazenda Caraba, municpio de Jaguarar, noroeste do Estado da

Bahia, Brasil. Segundo Rezende (2006), a mina da MCSA encontra-se numa sequncia

de rochas bsicasultrabsicas composta de noritos, gabros noritos e piroxenitos

encaixadas, basicamente, em gnaisse e granitos, correspondendo a uma faixa do

terreno Pr-cambriano do Vale do Rio Cura, a Nordeste do Crton do So Francisco.

Silva et al., (1988) sugerem que a mineralizao ocorre na forma de Sill, sobre rochas

supra-cristais; tais corpos sofreram deformaes devido ao alto grau de metamorfismo

regional com dobramentos fechados a isoclinais, provocando espessamento em zonas

de fechamento, afinamento e rompimento nos flancos, definindo, assim, a distribuio

atual observada, com corpos estirados, verticalizados e de aspecto tabular nas zonas

de flanco e corpos de forma mais difusa nas zonas de charneiras e, principalmente,

reas dmicas. Outra considerao de Oliveira (1989; 1990), tambm observado por

Lacerda (1995), sugere que a mineralizao no corpo da Caraba ocorreu como

mltiplas injees na forma de diques e veios de natureza clcio-alcalina.

Atualmente, a mina subterrnea da MCSA atinge o painel 7, nvel -415, o que

representa uma profundidade de -415 metros sob o nvel do mar (msnm). Isto ocorre

devido s novas exploraes e ao alto valor do cobre no mercado. O mtodo de lavra

subterrnea adotado o Vertical Retreat Mining (VRM) e baseia-se no emprego de

grandes furos longitudinais de perfurao, de dimetro de 140 a 165 mm, e separados

de 4 x 4 m na produo de minrio. A britagem primria realizada no subsolo e o

minrio transportado por um shaft e armazenado diante da planta de Britagem

Secundria e Terciria. O material proveniente da britagem primria passa, em

seguida, para a planta de beneficiamento onde o minrio cominudo em dois moinhos

de bolas. Cada moinho opera em circuito fechado com dois ciclones Krebs. O overflow

dos ciclones alimenta o circuito de flotao (REZENDE, 2006). A MCSA conta com

uma Clula Unitria de Flotao Dorr Oliver para produzir um concentrado grosseiro,

com alto teor de sulfetos de cobre, com o objetivo principal de engrossar o concentrado

global de flotao diminuindo a porcentagem de umidade da torta de flotao e

melhorando a manipulao do concentrado final (ANDRADE et al., 2002). O circuito de

2

flotao da MCSA constitudo das seguintes etapas: desbaste, limpeza do desbaste,

primeiro estgio da limpeza, limpeza do primeiro estgio da limpeza, segundo estgio

da limpeza (SAMPAIO et al., 2002).

Sabe-se que os minrios so constitudos de rochas resistentes e competentes,

nas quais os gros de minerais encontram-se firmemente aderidos uns aos outros. A

nica maneira, comercialmente, empregada para a liberao desses materiais na

indstria a aplicao de grandes quantidades de energia mecnica em britadores e

moinhos, resultando na produo de partculas finas, as quais apresentam maior

probabilidade de se encontrarem disponveis para o devido beneficiamento e extrao

(TAVARES, 2005).

Um minrio considerado bom, no processo de flotao, proporciona recuperaes

de 90 a 94% do metal de interesse na planta. Mais recentemente, segundo Rezende

(2004), Barreto (2008) e Barreto et al., (2009), um minrio mais profundo (como o

produzido na minerao Caraba) foi prospectado e tratado resultando, porm, em

baixas recuperaes na planta, da ordem de 70 a 90%. Esse minrio de baixas

recuperaes vem de uma rea perto de uma falha geolgica e apresenta

considerveis variaes espaciais de recuperao de cobre em suas caractersticas de

processamento devido, principalmente, baixa liberao das espcies minerais de

interesse e falta de flotabilidade das partculas de sulfetos de cobre.

Uma das rotas para aumentar a recuperao de cobre seria uma moagem mais

fina de tal minrio; mas, na rea de processamento mineral, a cominuio a etapa

onde se tem os maiores custos de processamento. Segundo Tromans (2008), em

pases, como o Brasil, com uma importante participao da minerao no setor

industrial, o gasto de energia uma parte importante do consumo energtico em nvel

nacional. Outro ponto a ser considerado que medida que a profundidade do

depsito aumenta, os teores tendem a diminuir e as operaes de explotao mineral

se encarecem.

O processo de biolixiviao uma rota alternativa para o processamento de

minrios de baixo teor e baseia-se na atividade de Micro-organismos Mesoflicos,

Termoflicos Moderados e Termoflicos Extremos, que suprem suas necessidades

energticas na oxidao de ons ferrosos e compostos reduzidos de enxofre, para a

manuteno de seus metabolismos, tendo como resultado prtico a solubilizao de

metais de interesse comercial. Apesar de no ter trabalhos neste sentido, espera-se

3

que ditos consrcios microbianos auxiliem na fragilizao da rocha visto que a

presena dos micro-organismos supramencionados, em soluo ou aderida ao mineral,

catalisa a oxidao de sulfetos minerais pela modificao dos mecanismos

eletroqumicos de oxidao, gerando micro-fraturas e potencializando as j existentes.

Portanto, este trabalho visou o desenvolvimento de uma nova tcnica que

ajudaria na otimizao do consumo de energia na etapa de moagem e diminuiria o

tempo de residncia do minrio dentro do moinho, aumentando a capacidade de

processamento da planta.

1.2 OBJETIVOS

O objetivo principal deste estudo foi acenar para uma rota processual capaz de

aumentar a recuperao de cobre de um minrio primrio que responde mal aos

processos de concentrao e extrao, avaliando a eficcia do uso de micro-

organismos mesoflicos, termoflicos moderados e extremos na oxidao dos minerais

e a subsequente fragilizao do minrio que os contem, mais especificamente:

(i) Caracterizar, qumica e mineralogicamente, a amostra representativa do

minrio de cobre, com identificao das fases carreadoras do metal, dos principais

minerais da ganga e de outros eventuais minerais de interesse econmico ou com

implicaes ambientais.

(ii) Avaliar a capacidade de lixiviao dos minerais de interesse no minrio

primrio de cobre empregando consrcios de micro-organismos mesoflicos e

termoflicos moderados e extremos, bem como sua mistura visando determinar as

melhores condies a serem aplicadas em escala semi-piloto para aumentar as

recuperaes de cobre e potencializar a fragilizao da rocha.

(iii) Efetuar ensaios de biolixiviao em escala semi-piloto com base no processo

GEOCOAT.

(iv) Desenvolver um mtodo matemtico alternativo, capaz de simular, com uma

menor massa de amostra, a moagem em moinho de barras padro de Bond para

prever o ndice de Trabalho.

4

(v) Caracterizar os rejeitos aps o processo de biolixiviao, alm de quantificar a

diferena do consumo energtico, entre as amostras, na etapa de cominuio,

empregando o mtodo de Bond.

5

2 REVISO BIBLIOGRFICA

2.1 O COBRE

Acredita-se que a descoberta do cobre tenha ocorrido a mais de 10.000 anos

A.C., sendo utilizado como substituto da pedra na fabricao de ferramentas de

trabalho. Com os romanos se iniciou uma era de uso mais intensivo do Cobre. A maior

parte do Cobre romano veio da ilha de Chipre, que eles chamaram Cyprium e da qual

derivou a palavra Cuprum dando origem a Cu como smbolo qumico do Cobre. O

Cobre alcanou sua real dimenso de metal imprescindvel para o desenvolvimento

industrial do mundo em 1831, quando Faraday descobriu o gerador eltrico, e desde

ento a demanda por ele cresceu de forma notvel. Durante grande parte do sculo

XIX, a Gr-Bretanha foi o maior produtor de Cobre do mundo, mas a importncia que o

metal vermelho foi adquirindo, dia aps dia, motivou a abertura de novas minas em

outros pases, como Estados Unidos, Chile e posteriormente na frica, se superando

em 1911 em um milho de toneladas de Cobre fino (PROCOBRE, 2011).

Na Tabela Peridica o cobre possui nmero atmico 29 e massa atmica 63,54

g mol-1. Seu ponto de fuso 1.083 C e seu ponto de ebulio 2.567 C sendo

definido como um metal no ferroso. Entre as propriedades que o destaca esto a alta

condutividade eltrica, o alto grau de condutividade trmica, a grande resistncia

corroso, a alta capacidade de ligao metlica e a boa capacidade de deformao a

quente e a frio (CODELCO, 2011).

2.1.1 Principais Tipos de Minerais de Cobre

Os principais tipos de ocorrncia de cobre so minrios oxidados, minrios

constitudos por sulfetos minerais e ocorrncias mistas com presena de sulfetos,

xidos, hidrxidos e carbonatos. Cerca de 175 espcies minerais de cobre so

conhecidas, mas apenas algumas so comercialmente mineradas (JOST e BORD,

1988). No caso dos sulfetos, os mais explorados so a Calcopirita (CuFeS2), Calcosina

(Cu2S), Covelina (CuS), Bornita (Cu5FeS4), Enargita (CuAsS4), Tetraedrita

((Cu,Fe)12Sb4S13), Tenantina ((Cu,Fe)12 As4S13) e Cuprita (Cu2O). Entretanto, para os

minerais oxidados se destacam a Malaquita (Cu2(CO3)(OH)2), Cuprita (Cu2O), Azurita

6

(Cu2(CO3)2(OH)2), entre outros. Cada um desses dois tipos de minrios possui suas

rotas processuais, como ser relatado mais a frente.

Os tipos de depsitos econmicos de cobre, segundo Jost e Brod (1988), so os

de segregao magmtica, escarnitos, vulcanognicos, cobre porfrico, os filoneanos e

das sries sedimentares. No Brasil os principais depsitos de cobre compreendem, at

o presente, os depsitos associados com as sries sedimentares detrticas,

vulcanognicos e depsitos em intruses bsicas e/ou ultrabsicas.

2.1.2 Cadeia Produtiva

O beneficiamento dos minrios de cobre comea na extrao do mesmo da

jazida, logo passa por operaes unitrias, tais como, cominuio e classificao para

atingir as condies necessrias para as etapas hidrometalrgicas. Ao contrrio do

minrio intemperizado, o minrio contendo sulfetos minerais passa, geralmente, por

uma etapa a mais, a flotao.

A rota metalrgica utilizada na obteno de cobre, a partir de um minrio

intemperizado, a lixiviao em meio cido, seguido por extrao do cobre das lixvias

por solventes especficos (SX). A soluo resultante de tal processo, enriquecida com

os ons de cobre, passa a ser recuperada por eletrlise (EX), obtendo, assim, um cobre

metlico com alta pureza (ANDRADE et al., 2001).

Com respeito ao concentrado de flotao, constitudo por sulfetos minerais, este

processado com o auxlio de altas temperaturas. O material submetido ao forno flash,

de onde sai o mate com teor de 45% a 60%, e este ao forno conversor do qual se

obtm o blister com 98,5% de cobre. Dependendo da pureza desejvel para o cobre, e

tendo em vista a sua utilizao final, o blister pode ser submetido apenas ao refino ao

fogo, onde se obtm cobre com 99,7% para ser, posteriormente, refinado,

eletroliticamente, atingindo um grau de pureza de 99,99%. Esse cobre eletroltico

submetido ao processo de refuso para obteno do cobre no formato de tarugos ou

placas. A partir da trefilao desses tarugos, produzem-se os semi-elaborados de

cobre na forma de barras, perfis e tubos e atravs da laminao das placas, so

produzidos semi-elaborados no formato de tiras, chapas e arames. Se, entretanto, ao

invs da simples refuso, o catodo for fundido e laminado em processo contnuo,

obtm-se o vergalho, a partir do qual sero fabricados os fios e cabos (ANDRADE

7

et.al., 2001). A Figura 1 resume, esquematicamente, as operaes e processos

unitrios empregados na obteno de cobre puro.

Figura 1. Cadeia produtiva do cobre.

Fonte: ANDRADE et al., 2001.

2.1.3 Oferta e Demanda

Segundo Ribeiro (2011), atualmente as maiores reservas (Oferta) encontram-se

no Chile, China, Estados Unidos e Peru; tais reservas de cobre lavrveis em 2010,

contm 630 milhes de toneladas desse metal. A Figura 2 mostra, em porcentagem,

como essas reservas esto distribudas em nvel mundial. No caso da produo de

cobre, o Chile o maior produtor com mais de 34% das 16,1 milhes de toneladas. Na

mesma Figura 2, pode ser observada a produo mundial do mesmo mineral,

fomentada pelo aumento da demanda gerada pelos pases emergentes, principalmente

China e ndia, devido ao aumento da expanso urbana e industrial.

8

Bra

sil

Chi

lePe

ruUSA

Chi

na

Aust

rlia

Out

ros

Pais

es --

0

10

20

30

40

50

37,737,4

5,4

12,7

7,4

5,6

8,0

14,3

33,8

23,8

Po

rce

nta

ge

m (

%)

Reservas Cu 2009

Prod. Cu 2010

1,51,3

4,7

6,2

Figura 2. Reservas em 2009 (barras em preto) e produo mundial de cobre no ano de 2010 (barras em vermelho).

Fonte: RIBEIRO, 2011.

A Figura 3 mostra as expectativas desse crescimento, nos prximos anos, dos

pases supracitados.

Figura 3. Incremento no Consumo de Cobre.

Fonte: DAVIS, 2009.

9

Segundo o London Metal Exchange (LME), a demanda deste metal se concentra,

na sua maior parte, nos setores eltricos e de construo como mostrado na Figura

4. (LME, 2011).

Figura 4. Consumo industrial de cobre por setores.

Fonte: LME,2012.

No Brasil, as reservas em 2009 (ano base) somaram 9,8 milhes de toneladas de

cobre contido. O Par representa o maior detentor das reservas medidas de cobre, no

pas. Entretanto, a produo brasileira de concentrado de cobre alcanou, em 2010, um

total de 213.600 t. (745.830 t de concentrado, com teor mdio de 28,6%), repartidos

nas empresas como mostra a Tabela 1, a seguir.

Tabela 1. Produo de concentrado de cobre no Brasil em 2010.

Empresas Participao (%)

Vale 54,7

Minerao Caraba 10,9

Minerao Marac 31,7

Votorantim Metais Nquel 1,8

Prometlica Minerao 0,9

Fonte: RIBEIRO, 2011.

10

Na Tabela 2 so mostradas as estatsticas do concentrado de cobre, de 2007 a

2010, no Brasil. Observa-se que a tendncia da balana comercial do minrio de cobre

para os prximos anos positiva devido evoluo da produo interna, ao aumento

das exportaes e estabilidade nas importaes.

Tabela 2. Produo, importao e exportao de cobre (metal contido) no mercado interno brasileiro de 2007 a 2010.

Unidades 2007 2008 2009 2010(*)

Produo (t) 205.728 218.295 211.692 213.548

Importao

(t) 154.541 142.732 126.767 140.343

103 USD-FOB 1.077.660 829.801 675.685 951.629

Exportao

(t) 177.705 151.580 142.170 152.440

103 USD-FOB 1.032.312 1.196.341 803.013 1.237.741

Consumo Aparente

(1)

(t) 182.564 209.447 196.289 201.451

Preos(2)

USD/t 3.180,0 2.192,0 3.222,0 2.198,0

Obs: (1) Produo + Importao - Exportao; (2) Vale; Minerao Marac; Minerao Caraba; (*) preliminar.

Fonte: RIBEIRO, 2008; RIBEIRO, 2011 e RODRIGUES, 2009.

Farias (2009) projetou o consumo aparente de concentrado de cobre para o

horizonte 2010-2030 a partir do consumo aparente de cobre metlico tambm

projetado para o mesmo perodo, assumindo Cenrio Frgil (PIB crescendo a uma taxa

correspondente a 75% do crescimento mdio) e Vigoroso (PIB crescendo a uma taxa

correspondente a 100% da taxa de crescimento). Estes dados so mostrados na

Figura 5.

Finalmente, na Tabela 3 so mostrados os horizontes produtivos para o cobre,

baseado nos principais projetos que, possivelmente, sero executados nos prximos

anos.

11

2010 2015 2020 2025 2030

2x105

3x105

4x105

5x105

6x105

7x105

Co

bre

co

nti

do

em

to

ne

lad

as

Ano

Produo Interna projetada

Consumo cenrio frgil

Consumo cenrio vigoroso

Figura 5. Produo-consumo aparente de concentrado de cobre projetada de 2008 at 2030 num cenrio frgil (linha preta) e num cenrio vigoroso (linha azul).

Fonte: FARIAS, 2009.

Tabela 3. Principais projetos de cobre no Brasil

Projetos Empresa

Prod. Cu-Contido Investimento Incio

(1000 t) (USD milhes) (ano)

Alvo 118 VALE 38 140 2015

Cristalino VALE 30 500 2015

Alemo VALE 80 550 2015

Salobo II VALE 127 855 2013

Gameleira VALE Nd Nd Nd

Furnas VALE Nd Nd Nd

Boa Esperana Caraba 30 150 2014

Vale Verde Aura Gold 40 450 2012/2013

Fonte: RODRIGUES, 2009.

12

2.1.4 Preos, Custos e Margens

O preo do cobre, durante 2008, despencou drasticamente devido crise do setor

imobilirio nos Estados Unidos. Este fenmeno desencadeou uma crise mundial capaz

de paralisar o crescimento industrial e urbano em todo o mundo. Outro problema

provocado pela crise foi a falta de crditos e juros elevados que impossibilitaram aos

investidores a criao e a posta em prtica de novos projetos, no somente na rea do

cobre, mas tambm em todo o setor mineral.

No mercado brasileiro o preo da commodity de cobre adotado pelo LME e

dado em dlares por tonelada (USD/t). O valor cotado no dia 13 de maro do corrente

no site do LME foi de 8.390,50 USD/t. A Figura 6 mostra a variao do preo de cobre

desde 2002 at o presente.

Figura 6. Variao do preo do cobre no mercado internacional nos ltimos dez anos.

Fonte: LME, 2012.

Na cadeia de valor da indstria de cobre, a maior margem de ganho na mina, e

nas outras etapas a margem de ganho muito menor. A composio do custo de

produo do cobre envolve duas etapas: custo da minerao, que vai at a produo

do cobre contido em concentrado, e da metalurgia extrativa do cobre. O custo de

produo est associado, principalmente, ao consumo de energia, mas, desde alguns

anos atrs, a poltica ambiental e responsabilidade social vm aumentando os custos

dos projetos de extrao de cobre.

13

2.2 O TRATAMENTO BIO-OXIDATIVO

Nesta parte sero descritas as principais famlias de micro-organismos atuantes

neste processo, sua importncia em trabalhar em conjunto, assim como as

caractersticas do processo e os mecanismos de oxidao dos minerais, potencializado

pela atividade microbiana. Cabe mencionar que os consrcios microbianos utilizados

neste trabalho esto presentes em guas cidas de minas e no representam nenhum

risco ao ser humano (no patognicos).

2.2.1 Micro-organismos Envolvidos

2.2.1.1 Micro-organismos mesoflicos

Esses micro-organismos operam temperatura ambiente e so responsveis pela

oxidao de ons ferrosos e compostos reduzidos de enxofre para obteno de energia.

A seguir so mencionadas as caractersticas das principais espcies deste grupo.

Os micro-organismos da espcie Acidithiobacillus ferrooxidans so unicelulares,

quimiossintetizantes, autotrficos, gram-negativos e com formato de basto;

apresentam flagelos, e possuem tamanho de clula de 0,3 a 0,5 m de dimetro e de

1,0 a 1,7 m de comprimento (BREWIS, 1996 e ESTEBAN e DOMIC, 2001). A espcie

A. ferrooxidans cresce no intervalo de pH entre 1,0 e 6,0, sendo a faixa tima de pH,

para alcanar a mxima velocidade de crescimento, 1,8. De modo anlogo, sobrevive

em um intervalo de temperatura de 2 a 40 C, sendo o intervalo de 28 a 35 C o mais

favorvel (BREWIS, 1996 e LIMA, 2006).

O Acidithiobacillus thiooxidans oxida enxofre e compostos reduzidos de enxofre e

utilizado na lixiviao de minerais que no contm ferro (SUZUKI, 2001). A

temperatura tima de crescimento se encontra entre 25 e 30C e o pH timo para o

crescimento mximo 2,0. Sua energia pode ser derivada atravs da oxidao de um

ou mais compostos reduzidos de enxofre, incluindo sulfetos, enxofre, tiosulfatos,

politionatos e tiocianatos, sendo o sulfato obtido como produto dessa oxidao (HOLT

e KRIEG, 1994).

A espcie Leptospirilum ferrooxidans oxida apenas ons ferrosos, mas pode

crescer em temperaturas superiores s possveis para o A. ferrooxidans e A.

thiooxidans. Este tambm um micro-organismo acidfilo, com pH timo em torno de

14

1,3. O L. ferrooxidans apresenta caractersticas que fazem com que possa ser utilizado

em lixiviao de minerais sob alta temperatura, baixo pH e alta relao Fe3+/Fe2+

(NORRIS, 1990), uma vez que a bioqumica de oxidao dos ons Fe (II) pelo L.

ferrooxidans diferente da do A. ferrooxidans (ROHWERDER et al., 2003; RAWLINGS,

2005), o que permite ao L. ferrooxidans oxidar ons Fe (II) em altos potenciais redox

(RAWLINGS et al., 1999).

2.2.1.2 Micro-organismos termoflicos

Os micro-organismos termoflicos, capazes de crescerem em altas temperaturas,

tm aplicao biotecnolgica, pois so as nicas fontes de enzimas com propriedades

no usuais, utilizadas em fermentao a altas temperaturas, em processos de

tratamento de rejeitos e em lixiviao mineral (BROCK, 1986; KELLY e BROWN, 1993;

KELLY et al., 1994).

Entre as espcies termoflicas, existem grupos fisiologicamente distintos. Alguns

termoflicos geram energia reduzindo enxofre e hidrognio para formar sulfeto de

hidrognio (POOL, 1990).

Tais micro-organismos so classificados como termoflicos moderados,

termoflicos extremos, e hipertermoflicos (HAN, 1998). As espcies hipertermoflicas

so capazes de viver a 90C, com temperatura tima de crescimento de 80C ou

acima. Os termoflicos extremos vivem entre 70C e 90C e os micro-organismos

termoflicos moderados vivem na faixa de 50C a 70C (KELLY et al., 1994).

Os gneros Sulfolobus, Acidianus e Metallosphaera possuem a habilidade de

oxidar enxofre elementar (STETTER, 1989). Membros do Sulfolobus so capazes de

utilizar acares, aminocidos, e complexos orgnicos como fonte de energia e

carbono (BROCK, et al., 1972; ZILLIG, et al., 1980). Acidianus possui um metabolismo

aerbico facultativo com enxofre elementar como doador ou aceptor de eltrons

(SEREGER et al., 1986; ZILLIG et al., 1986).

Na Tabela 4 se resumem as caractersticas dos micro-organismos presentes no

processo de biolixiviao.

15

Tabela 4. Caractersticas de diferentes micro-organismos empregados na Biolixiviao. Q.O.: Quimiolitotrfico obrigatrio; Q.F.: Quimiolitotrfico facultativo; H: heterotrfico; Ar. aerbico; A.E.: aerbico estrito; A.n.: anaerbico.

Micro-organismo Caracterstica Necessidade de Carbono

Necessidade de Oxignio

pH (timo)

T(C) (timo)

Acidithiobacillus ferrooxidans

Oxida: Fe2+

, So,

Cu+, Se

2+,

tiosulfato, tetrationato, S

Q.O. Ar. 1,2 - 6,0

(1,7)

5 - 40

(28 - 35)

Leptospirilum ferrooxidans

Oxida : Fe2+

, pirita

Q.F. Ar. 1,5 - 4,5 20 40

(30)

Sulfolobus thermosulfooxidans

Oxida: Fe2+

, So,

S2-

Q.O. Ar.

1,9 - 3,0 (1,9 2,4)

20 60 (50)

Sulfolobus acidocaldarius

Oxida: Fe2+

, So Q.F.

2,0 7,0 (2,0 3,0)

55- 85

(70 - 75)

Acidianus brierleyi A.n.

A .H. (1,5 2,0) (70)

Metallosphaera sedula

Ar. (1,7) (75)

Sulfolobulus metallicus

Ar. (65)

Acidianus infernus Ar. (2,0) (90)

Pseudonomas sp. Acumula U, Cu, Pb intracelular

H. A.E. 7 - 8,5 4 43

(30)

Desulfovibrio desulfuricans

Remove U e Cu por dissoluo

H. A.n. (4,0 7,0) 0 44

(25 - 30)

Fonte: MUOZ et al., 1995; LIMA, 2006; HAN, 1998.

2.2.2 Emprego de Consrcios Microbianos

A completa oxidao de certos minerais, tais como os sulfetos, envolve a bio-

oxidao de ferro e enxofre. Micro-organismos oxidantes de ferro produzem ons

frricos. Os ons frricos oxidam certos sulfetos minerais, como a pirita, produzindo

tiossulfato, que oxidado a cido sulfrico biologicamente ou quimicamente. Foi

demonstrado que populaes mistas de bactrias que oxidam ferro e enxofre (A.

ferrooxidans, L. ferrooxidans e A. thiooxidans), esto presentes em sistemas de

16

lixiviao natural, temperatura ambiente, e so as principais responsveis pela

solubilizao de sulfetos minerais (NORRIS, 1990).

Os micro-organismos que oxidam enxofre, como o A. thiooxidans e A. caldus, so

componentes importantes, pois reduzem o seu acmulo e melhoram a eficincia da

dissoluo de espcies minerais (DOPSON e LINDSTROM, 1999).

Consequentemente, a calcopirita, arsenopirita (FeAsS), ou esfalerita (ZnS) geram

enxofre elementar quando lixiviados (SCHIPPERS e SAND, 1997). Portanto, para

melhorar a eficincia do processo bio-oxidativo se faz necessrio a atuao de

diferentes espcies de micro-organismos (consrcio microbiano).

2.2.3 Caractersticas do Processo de Biolixiviao

As caractersticas que fazem com que a atuao de um micro-organismo seja

eficaz na lixiviao/oxidao de um mineral so: a possibilidade de atuao numa faixa

expandida de temperatura (de 30 a 70C), faixa cida de pH (1,5 a 2,2) e alta relao

dos ons Fe3+/Fe2+ (SUZUKI, 2001).

Segundo Watling (2006) e Lima (2006), entre os fatores importantes a serem

considerados para o sucesso do processo de bio-oxidao esto a granulometria fina,

tipos de micro-organismos presentes no inoculo, a adio de nutrientes, a

concentrao de ons ferrosos, o potencial redox das espcies de ferro e a quantidade

de oxignio. A taxa de lixiviao aumenta com a diminuio da granulometria da fase

slida devido ao aumento da rea superficial para a reao qumica entre o agente

lixiviante e a fase slida em questo. J a adio de nutrientes em excesso, na soluo

lixiviante, pode causar diminuio da taxa de lixiviao devido formao de espcies

indesejveis. Finalmente, para a oxidao e lixiviao de minerais essencial a

presena de ons frricos; porm, o potencial redox sempre deve ser monitorado.

2.2.4 Mecanismos de Oxidao dos Minerais

Os silicatos, tais como, feldspatos, piroxnios e micas, assim como os sulfetos,

xidos e hidrxidos podem ser oxidados devido s condies de intemperismo.

Segundo Dopson et al., (2009), tal processo pode depender das condies dos micro-

organismos (bactrias, fungos) presentes. Entre as hipteses da alterao/oxidao de

minerais est a formao de cidos metablicos, bem como o ataque de prtons e a

17

gerao de ons Fe3+, como ser descrito a seguir e exemplificado para o caso dos

sulfetos minerais.

Segundo Crundwell (2001), h trs mecanismos envolvidos no ataque dos micro-

organismos aos minerais, em particular, dos sulfetos: o ataque direto, o indireto e o de

contato indireto. No mecanismo direto, a bactria atua diretamente sobre o sulfeto

mineral. No mecanismo indireto, a bactria converte, simplesmente, Fe2+ a Fe3+, e

esses ons Fe3+ atuam diretamente na oxidao do sulfeto mineral (SMITH e MISRA,

1991).

2.2.4.1 Mecanismo direto

O mecanismo direto ocorre de forma que os sulfetos presentes no sulfeto mineral

(MS) so oxidados com gerao de ons sulfato, pelos micro-organismos (Figura 7).

Portanto, o mecanismo direto caracteriza-se pela adeso obrigatria da bactria

superfcie do sulfeto durante a dissoluo oxidativa do mineral. Segundo este

mecanismo, a solubilizao do metal promovida pelo ataque de um sistema

enzimtico presente na bactria, diretamente sobre a superfcie do mineral,

promovendo a oxidao do S2- e a consequente solubilizao do metal de interesse.

Figura 7. Mecanismo direto de interao micro-organismo-substrato mineral.

Fonte: CRUNDWELL, 2001.

2.2.4.2 Mecanismo indireto

Neste mecanismo, no h a adeso da bactria na superfcie do mineral. Este

mecanismo abrange o ciclo Fe2+ - Fe3+, quando duas etapas esto envolvidas: (a)

interao qumica do Fe3+ com a superfcie mineral, e (b) regenerao do Fe2+ pela

bactria.

MS Bactria M2+ + SO42-

18

Desta forma, os ons frricos produzidos, pela oxidao dos ons ferrosos, pelos micro-

organismos, reagem quimicamente com os sulfetos minerais, e produzem Fe (II),

fechando o ciclo (Figura 8). O on frrico um agente oxidante potente e como tal

usado na hidrometalurgia para dissoluo de vrios minerais. No entanto, durante as

reaes, o on frrico reduzido a on ferroso, uma espcie qumica no oxidante. Para

formar o ferro trivalente, ele tem que ser re-oxidado ao estado de oxidao mais

elevado (TAKAMATSU, 1995).

Figura 8. Mecanismo indireto de interao bactria-substrato mineral.


No entanto, no mecanismo indireto existe outra hiptese que pode ser chamada

de mecanismo indireto de contato (SILVERMAN, 1967), Figura 9. A principal

caracterstica deste modelo que ons frricos ou prtons so os nicos agentes

lixiviantes dos sulfetos minerais. O ferro contido na substncia polimrica extracelular

(EPS), que excretada pela bactria, confere carga positiva clula, se aderindo

superfcie do mineral devido atrao eletrosttica entre a clula bacteriana e a

superfcie negativamente carregada de alguns minerais (SAND, et al., 1995;

RODRIGUES et al., 2003).

Figura 9. Mecanismo indireto de contato na interao micro-organismo-substrato mineral.


MS Fe2+

Fe3+

EPS

Bactria

MS Fe2+

bactria Fe

3+ Fe

2+ + M

2+ + SO4

2-

19

2.2.4.3 Processo GEOCOATTM

A Figura 10, a seguir, ilustra a aplicao do mtodo GEOCOATTM no

beneficiamento de cobre a partir de um concentrado de flotao de sulfetos.

O processo GEOCOATTM, uma tecnologia patenteada pela empresa norte-

americana GeoBiotics, LLC, que consiste no recobrimento de um substrato apropriado,

normalmente uma rocha, com concentrado de flotao. Aps o recobrimento, o

conjunto mineral disponibilizado em grandes pilhas convencionais. A pilha irrigada

no topo com soluo cida contendo ferro e nutrientes, enquanto ar suprido na base

da mesma. O tamanho relativamente uniforme (5-25 mm) da rocha suporte resulta num

grande espao intersticial dentro da pilha que fornece baixa resistncia ao ar e

soluo percoladora; portanto, os grandes espaos combinado com a fina camada de

concentrado criam condies ideais para a biolixiviao (GEOCOATTM, 2011).

Figura 10. Fluxograma simplificado do beneficiamento para concentrados de cobre empregando o processo GEOCOAT

TM.

Fonte: GEOCOATTM

, 2011.

20

Este processo emprega micro-organismos oxidantes de ferro e enxofre, para

facilitar a lixiviao dos metais de interesse tais como, Zinco, Cobre, Chumbo, entre

outros. As partculas de sulfeto e os micro-organismos so constantemente expostos

soluo lixiviante e ao fluxo de ar em contracorrente. Isto resulta na transferncia de

oxignio de forma mais eficiente aumentando a taxa de oxidao. O processo de

lixiviao/oxidao de minerais normalmente completado entre 45 e 120 dias,

dependendo da mineralogia do minrio.

Aps a etapa de biolixiviao, a lixvia encaminhada a uma piscina para

posteriores processos de purificao e extrao dos metais de interesse. A fase slida

remanescente do concentrado de flotao separada da rocha suporte por

peneiramento a mido e essa rocha suporte reutilizada. No caso do ouro, o

concentrado bio-oxidado tratado por processos tradicionais para recuperao de ouro

(GEOCOATTM, 2011).

2.3 FUNDAMENTOS DE QUEBRA DE PARTCULAS E CONSUMO DE ENERGIA

Apesar de existirem alguns mtodos capazes de calcular a energia gasta

necessria para quebrar as partculas dentro de moinhos, nesta parte do captulo

somente ser abordado o mtodo de Bond. A escolha deste mtodo foi devido a que

muitos profissionais da rea exigem o parmetro de ndice de Trabalho (IT) como

medida de comparao de dureza entre diferentes minrios.

2.3.1 Quebra de Partculas

O tamanho, a forma e os intercrescimentos dos gros so as caractersticas

morfolgicas e texturais mais importantes para a fragmentao dos minrios. Segundo

Tavares (2005), com relao s propriedades mecnicas, se destacam: a coeso

interna dos gros, de gros entre si e, portanto, das interfaces e a sua tenacidade,

assim como a proporo dos minerais presentes.

Entretanto, a fragmentao das partculas depende, principalmente, das

propriedades do material e da forma de aplicar as tenses compressivas sobre as

mesmas. O resultado da fragmentao fortemente influenciado por parmetros como

a velocidade de carregamento ou o tipo de tenso aplicada. Assim, para produzir uma

diminuio do tamanho de partcula de um material necessrio aplicar esforos para

21

produzir fraturas. Os esforos podem ser classificados como normais e tangenciais.

Esforos normais podem ser de compresso ou de trao, enquanto os tangenciais

correspondem aos de cisalhamento.

Segundo King (2001), uma vez aplicados os esforos, dependendo da quantidade

de energia e da distribuio final de tamanhos de partcula, se geram trs tipos de

mecanismos de fratura: abraso, clivagem e estilhaamento. O mecanismo de abraso

ocorre quando a energia aplicada na partcula no suficiente para causar fratura

significativa no material, gerando uma distribuio de partculas quase igual e

partculas muito finas devido ao lascamento. No mecanismo de clivagem, a energia

aplicada apenas suficiente para formar poucas regies fraturadas, gerando partculas

finas com tamanhos semelhantes. Finalmente, quando a energia aplicada na partcula

muito maior que a energia necessria para produzir a fratura, o resultado uma

quantidade grande de partculas com uma ampla faixa de tamanhos caracterizando o

mecanismo de estilhaamento.

Para Tavares (2005), o modo de fraturamento dominante depende da facilidade

com que as fases minerais so liberadas. De modo que trs tipos principais de fraturas

podem ocorrer, a fratura intergranular, fratura preferencial ou diferencial e a fratura

aleatria ou normalmente transgranular. A ocorrncia de um ou outro modo de fratura

depende das caractersticas do material, assim como do processo de cominuio.

2.3.2 Teorias da Cominuio

As teorias da cominuio relacionam a quantidade de energia fornecida e o

tamanho das partculas do produto. Portanto, segundo Wills (1997), a energia e

fragmentao podem ser relacionadas como mostra a Equao 1:

Sendo dE a energia incremental necessria para produzir uma reduo de

tamanho dx , K, uma constante e x o tamanho da partcula.

A partir da Equao 1 se pode obter vrias solues que so as chamadas Leis

da cominuio. A primeira lei foi postulada por Rittinger em 1867. Ele prope que a

energia consumida na cominuio proporcional nova superfcie gerada, sendo a

22

rea especfica dos materiais inversamente proporcional ao dimetro das partculas.

Neste caso o valor da constante n da Equao 1 igual a 2 de modo que pode ser

escrita da seguinte forma (Equao 2):

Onde K uma constante, E a energia especfica de moagem, e xP, e xA, so o

tamanho de partcula do produto e da alimentao, respectivamente, representado,

geralmente, por um ponto na distribuio granulomtrica chamado d80. A primeira lei

no teve muita aplicao na prtica da moagem convencional, mas a equao se

ajusta cominuio de partculas finas, principalmente, na moagem fina e ultrafina.

A segunda lei de cominuio, postulada por Kick em 1885, prope que a energia

consumida na cominuio depende, apenas, da razo de reduo, sendo independente

da granulometria original das partculas e, para este caso, o valor da constante n seria

1, dando como resultado a Equao 3.

A terceira lei foi postulada por Fred Bond em 1952. Nesta lei se considerou que o

trabalho envolvido na cominuio era inversamente proporcional raiz quadrada da

abertura pela qual passa 80% do produto (BOND, 1952), Equao 4. Neste caso o n

igual a 1,5.

2.3.3 Mtodo de Bond para o Escalonamento de Moinho de Barras

Na Equao 4, Bond define o parmetro K na funo ndice de Trabalho (IT), que

representa o trabalho total, expresso em unidades de kWh ton-1 curta, necessrio para

reduzir uma tonelada curta de material desde um tamanho teoricamente infinito at que

23

80% do material esteja menor que 100 m, de maneira que a Equao 4 pode ser

reescrita como:

O parmetro IT depende da resistncia do material e do tipo de equipamento de

cominuio usado. Assim, necessrio determinar, experimentalmente, o parmetro

para cada aplicao por meio de um teste padronizado (AUSTIN e CONCHA, 1993).

2.3.3.1 Clculo do parmetro do ndice de Trabalho (IT)

O parmetro IT calculado a partir de um ensaio normalizado de moabilidade

(moab) e cujo objetivo determinar quantos gramas, aproximadamente, o moinho

capaz de produzir abaixo de uma determinada malha de trabalho. O IT, no caso da

moagem via mido em um moinho de barras de 2,44 m de dimetro, operando em

circuito aberto, pode ser calculado usando a Equao 6 (AUSTIN e CONCHA, 1993).

Onde o IT o ndice de Trabalho do ensaio, em kWh ton-1 mtricas, p1, a malha

de trabalho em m, moab, a moabilidade, e xP e xA, os tamanhos de 80% do produto e

da alimentao fresca em m, respectivamente.

2.3.3.2 Ampliao de escala de um moinho de barras

O escalonamento do IT para moinhos de barras maiores do que 2,44 m se

espelha na Equao 7 (AUSTIN e CONCHA, 1993).

24

Onde o ITD o ndice de Trabalho a ser usado em um moinho de dimetro D.

2.3.3.3 Fatores de eficincia

Para poder utilizar o IT em diferentes condies de operao necessrio

introduzir fatores de eficincia (FE) como mostrado nas Equaes 8 e 9.

Segundo Rowland (2006), os fatores de eficincia a serem considerados so: por

moagem via seco (FE1), tipo de circuito (FE2), dimetro do moinho (FE3), tamanhos

grosseiros na alimentao (FE4), moagem fina (FE5), razo de reduo (FE6) e

correo sobre o tamanho da alimentao (FE7).

2.3.3.4 Clculo da energia especfica

A partir do conceito de que as partculas de um material diminuem de tamanho

medida que estas absorvem energia, Bond desenvolveu uma soluo para a energia

especfica de cominuio (Equao 10) como sendo:

Onde E representa a energia especfica de moagem em kWh ton-1 e xF e xP, os

d80 do produto e da alimentao, em m, e IT o ndice de Trabalho corrigido, em

kWh ton-1.

Para Austin e Concha (1993), a energia especfica de moagem da Equao 6

baseada na potncia que consome o moinho no eixo, mas no se considera as perdas

eltricas. Para calcular essa potncia no eixo, utilizada a Equao 11:

25

Sendo, mp, a potncia no eixo em kW e Q a vazo de material que processado

no moinho em ton h-1.

2.3.3.5 Clculo da potncia

Para o clculo da potncia para mover os corpos moedores na moagem, Bond

props a Equao 12 (AUSTIN e CONCHA, 1993). Logo, a carga de barras dada por

*D2*L*J*b *(1 - ) / 4, e com igual a 20, a potncia do eixo, em kW, fica expressa

como:

Onde J a frao em volume do enchimento do moinho com os corpos

moedores, c a frao da velocidade crtica, b a densidade das barras, L e D so o

comprimento e o dimetro do moinho.

2.3.4 Energia Requerida para a Extrao Mineral

Segundo Schoenert (1972) a energia requerida para produzir a mesma rea de

superfcie durante a moagem em moinho de bolas pode chegar a 10 vezes a requerida

na quebra de uma partcula em um britador. Tromans (2008) mostrou que a eficincia

da fragmentao da rocha atinge apenas de 1 a 2 %. Isto confirma quo ineficiente

este processo. Portanto, a nica forma de reduzir o consumo de energia seria a criao

de novas fraturas (NORGATE e JAHANSHAHI, 2010). Novos mtodos esto sendo

propostos, entre eles o uso de moinhos de alta presso conhecido pelas suas siglas

em ingls como HPGR (High pressure grinding roles), tratamentos trmicos e

tratamento com micro-ondas. Entretanto, nos Estados Unidos, estima-se que o

consumo de energia no beneficiamento e processamento mineral seja 39% do total

gasto durante todo o processo produtivo e que 75% atribudo etapa de cominuio

(DOE, 2005).

26

Anteriormente estes gastos de consumo de energia no consideravam a parte

econmica/ambiental. Hoje em dia a energia incorporada (embodied energy) um

conceito que se est adotando na indstria mineral e abrange o clculo dos custos

econmicos e da energia necessria utilizada desde a extrao do minrio at seu

reaproveitamento. Outro fator a ser considerado na escolha do mtodo de extrao a

emisso de gases do efeito estufa devido ao peso ambiental que este exerce.

Norgate e Jahanshahi (2010) estudaram estes conceitos e fizeram um estudo

aplicado para a indstria extrativa mineral. Os resultados deste trabalho mostraram que

a rota mais apropriada para o beneficiamento de minrios de baixos teores de cobre

em termos de consumo de energia incorporada e emisses de gases do efeito estufa

depende, principalmente, da mineralogia do depsito mineral a ser explorado. Em caso

de no ser necessria a cominuio do minrio e onde pode ser aplicado o tratamento

pirometalrgico os autores sugerem o uso da rota tradicional por concentrao e

ustulao. Porm, para minrios onde necessria a diminuio de tamanho de

partcula (5 m) foi sugerido o uso da lixiviao em pilhas ou a ustulao direta

(Figuras 11 e 12).

Figura 11. Efeito dos teores de Cu no minrio sobre a energia incorporada das vrias rotas de processamento para a produo de cobre.

Fonte: NORGATE e JAHANSHAHI, 2010.

27

Figura 12. Efeito dos teores de Cu no minrio sobre a emisso de gases do efeito estufa (GWP) das vrias rotas de processamento para a produo de cobre.

Fonte: NORGATE e JAHANSHAHI, 2010.

Finalmente, a realizao de estudos para o clculo de energia incorporada e a

emisso dos gases do efeito estufa em todo projeto de minerao uma forma indireta

de mesurar o impacto ambiental, alm de ser um indicador importante na toma de

deciso da escolha do mtodo de extrao na indstria mineral.

28

3 MATERIAIS E MTODOS

Neste captulo so abordadas as metodologias aplicadas na realizao deste

trabalho, o qual foi dividido em quatro etapas: (1) caracterizao, (2) estudos em escala

de bancada da biolixiviao dos minerais presentes no minrio, empregando diferentes

tipos de consrcios microbianos, (3) ensaios em coluna semi-piloto, utilizando as

melhores condies experimentais e (4) determinao do consumo energtico aps o

tratamento bio-oxidativo.

3.1 AMOSTRAS

3.1.1 Amostragem

As amostras usadas neste estudo foram fornecidas ao CETEM pela MCSA. A

amostra de minrio primrio de cobre foi retirada da mina subterrnea da Caraba, no

Painel 7, lado Leste, a 412 metros abaixo do nvel do mar. J o concentrado de sulfetos

de cobre foi coletado na usina de flotao da MCSA.

3.1.2 Preparao das Amostras

3.1.2.1 Minrio Primrio de Cobre

O minrio primrio de cobre foi quarteado e homogeneizado em pilha piramidal

longitudinal para posterior separao de sub-amostras representativas. Para os

ensaios de caracterizao e experimentos em escala de bancada, a amostra do

minrio foi cominuda em moinho de barras at que todo o material estivesse abaixo de

105 m. Para os ensaios em coluna, a amostra de minrio primrio foi classificada e

utilizada apenas a frao grossa (5 a 15 mm).

3.1.2.2 Concentrado de Flotao

A amostra de concentrado de sulfetos de cobre foi secada em estufa a 35 C

para, em seguida, ser quarteada e homogeneizada em pilha piramidal longitudinal. Da

29

pilha foram separadas alquotas representativas para serem utilizadas na

caracterizao, nos ensaios em escala de bancada e nos ensaios em escala piloto.

3.2 CARACTERIZAO

A caracterizao das amostras representativas de minrio primrio e de

concentrado foi realizada segundo o procedimento descrito por Barreto (2008). Numa

primeira etapa foi separado meio quilo de material representativo, de ambas as

amostras, para a determinao da distribuio granulomtrica original. Paralelamente,

foram separadas 100 g de amostra de minrio de cobre que foi britada em um britador

de mandbulas e logo moda em um moinho planetrio at que todo o material

estivesse abaixo de 106 m, para a determinao da composio qumica e

mineralgica. A amostra de concentrado j possua uma distribuio de partculas

finas, no sendo necessria, portanto, a reduo de tamanho, sendo retirada apenas

uma alquota de 100 g.

As tcnicas empregadas para a caracterizao foram a Difrao de Raios-X

(DRX), para a identificao das principais espcies minerais constituintes da amostra

do minrio primrio de cobre, a Fluorescncia de Raios-X (FRX), para a determinao,

semi-quantitativa, dos elementos que compem a mesma, a anlise granulomtrica e a

determinao de cobre e ferro por digesto cida seguida por Espectrometria de

Absoro Atmica (AAS).

Lminas delgadas polidas das amostras de mo de minrio primrio foram

observadas no microscpio petrogrfico para identificao dos sulfetos minerais de

cobre.

3.2.1 Anlises por Difrao de Raios-X

Para a identificao e/ou quantificao das espcies minerais foi utilizada a

tcnica DRX, mtodo do p. Para isto, 5 g de amostra foi desagregada por suave

moagem manual em um gral de gata, montada em um suporte do tipo backload (para

reduo de orientao preferencial) de ao, e analisada num Difratmetro de Raios-X.

As anlises foram executadas em um equipamento Bruker-D4 Endeavor, nas

seguintes condies de operao: radiao Co K (40kV/40 mA), com passo de 0,02o

30

2 tempo de contagem de 184 segundos por passo em detector linear sensvel

posio do tipo silicon drift LynxEye, coletados de 5 a 80o 2. A interpretao qualitativa

do espectro foi efetuada por comparao com padres contidos no banco de dados

PDF02 (ICDD, 2006) em software Bruker DiffracPlus.

As anlises quantitativas, a partir dos dados de raios X, foram calculadas pelo

mtodo de refinamento de espectro multifsico total (Mtodo de Rietveld), com

software Bruker AXS Topas, v. 3.0. As informaes das estruturas cristalinas das fases

refinadas esto descritas na Tabela 5, e so oriundas do banco de dados da Bruker

AXS ou do site do ICSD (International Crystal Structure Database).

Tabela 5. Origem dos dados cristalogrficos usados no refinamento

Mineral Descrio Fonte

Quatzo Quartz Bruker Structure Database

Bornita Bornite Bruker Structure Database

Calcopirita Chalcopyrite Bruker Structure Database

Ortopiroxnio Enstatite Bruker Structure Database

Magnetita Magnetite Bruker Structure Database

Talco Talc Bruker Structure Database

Clinopiroxnio Diopside Bruker Structure Database

Anfiblio Hornblende RoundRobin Bruker Structure Database

Plagioclsio Anorthite Bruker Structure Database

Clinopiroxnio Diopside Bruker Structure Database

Mica Phlogopite 1M Mica Bruker Structure Database

Clorita Chlorite IIb Bruker Structure Database

Plagioclsio Andesine_66240 ICSD International Crystallographic

Structure Database

Jarosita Jarosite Bruker Structure Database

Um exemplo de refinamento por Rietveld mostrado na Figura 13, na qual a linha

vermelha representa o espectro calculado a partir dos dados das fichas mineralgicas

31

da calcita e da dolomita, e a linha azul, o espectro gerado pelo equipamento de DRX.

Na mesma figura pode-se observar o espectro calculado da calcita (linha preta).

Figura 13. Espectro Normalizado de uma amostra de dolomita e o resultado de seu tratamento pelo mtodo de Rietveld para quantificao de fases minerais.

3.2.2 Anlises por Fluorescncia de Raios-X

Aproximadamente 5 g de cada amostra foi desagregada com moagem manual em

um gral de gata e, ento, as amostras foram secas em estufa a 40 oC e prensadas

para preparao das pastilhas. As anlises qumicas foram efetuadas por FRX, em

equipamento Bruker S4 Explorer. O espectro gerado a partir da amostra foi avaliado

pelo software Spectra plus v.1.6, no modo standardless method, sem curva de

calibrao especfica, e com reclculo para 100%.

3.2.3 Anlise Granulomtrica

As anlises granulomtricas foram feitas segundo a Norma ABNT NBR ISO 4701,

por peneiramento via mido, usando um peneirador vibratrio, seguindo a srie de

peneiras Tyler mesh variando de 13,2 a 0,038 mm. Para cada etapa de peneiramento

foi usada uma massa de, aproximadamente, 300 g de amostra. Antes de cada ensaio

se procedeu a deslamagem da amostra, que consiste em lavar a amostra e passar o

sobrenadante por uma peneira mais fina (0,038 mm), para evitar o entupimento das

peneiras durante o ensaio. Uma vez classificada a amostra, cada frao foi levada

estufa

beneficiamento de um minÉrio primÁrio de cobre...

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