Introduo ao Tratamento de Minrios e Separao Slido-Lquido

Slvia Cristina Alves FranaEng. Qumica, D.ScPesquisadora COPM/CETEM

Estrutura do curso

Curso com aulas tericas e exerccios (20 horas); 5 dias de aulas (07 a 11 de janeiro de 2008) 2 dias de visita usina (ver equipamentos em operao) Introduo ao tratamento de minrios Processos de separao slido-lquido (desaguamento) Silvia Frana (CETEM) Processo Bayer Achilles Dutra (PEMM/UFRJ)

Aula 1Amostragem

Conceitos bsicos de amostragem em tratamento de minrios. Intervalo de Amostragem. Tamanho da Amostra. Universo de amostragem. Amostra primria e final. Quarteamento. Tcnicas de amostragens. Amostragem de slidos e polpa em movimento.

Aula 1Cominuio de minrios Conceitos bsicos; Britagem; Tipos de equipamentos e suas aplicaes; Conceitos de moagem convencional e no convencional; Tipos de equipamentos e suas diversas aplicaes aos diversos tipos de minrios; Moagem de bauxita. Circuitos de moagem.

Aula 1Minrio de Alumnio: bauxita (2 h)

Histrico; Reservas no Brasil e no mundo; Mineralogia e Geologia; Lavra e processamento.

Aula 2Teoria do escoamento em meios porosos

Equaes da continuidade e do movimento para as fases slida e fluida; A fora resistiva; Propriedades estruturais da matriz porosa; Perda de carga no meio poroso.

Aula 2Processos de separao slido-lquido

Conceitos; Tipos de operaes unitrias de separao; Aplicaes industriais.

Aula 2Processos de aglomerao de partculas

Conceitos de qumica de superfcie; Coagulao e floculao; Aplicaes industriais; Reagentes qumicos (inorgnicos e orgnicos).

Aula 3Sedimentao

Conceito e sistemas de sedimentao; Clarificadores versus espessadores; Tipos de equipamentos para sedimentao; Ensaios de sedimentao em batelada (teste de proveta); Dimensionamento de sedimentadores: Mtodos de Kynch, Talmadge e Fitch, Biscaia Jr.; Espessadores e clarificadores industriais: especificaes e operao.

Aula 4Filtragem

Conceitos; Caractersticas dos meios filtrantes; Tipos de filtros e mtodos de filtragem; Fatores que influenciam na escolha dos equipamentos e meios filtrantes; Projeto e dimensionamento de unidades de filtragem (rea filtrante, influncia do tempo na espessura da torta); Leaf Test; Determinao de curvas de filtragem em funo do meio filtrante e da presso de operao; Filtros hiperbricos.

Aula 5Reologia do escoamento particulado

Conceitos; Aplicao nos processos de separao slido-lquido; Influncia na filtragem e no espessamento; Comportamento de polpas de bauxita;

Aula 5Recuperao de finos e de gua no processamento mineral

Flotao por ar dissolvido; Remoo de finos de gua de processo; Equipamentos, processos e aplicaes.

Conceito de Tratamento de Minrios

O Tratamento de Minrios consiste de operaes aplicadas aos bens minerais, visando:

a) modificar a granulometria; b) melhorar a concentrao relativa das espcies minerais presentes, ou a sua forma; c) sem modificar a identidade qumica ou fsica dos minerais.

Introduo ao tratamento de minrios: Conceitos bsicos

Introduo ao tratamento de minrios: Conceitos bsicosMineral: todo corpo inorgnico de composio qumica e de propriedades fsicas definidas, encontrado na crosta terrestre;Rocha: um agregados de minerais;Minrio: uma rocha constituda de um mineral ou agregado de minerais contendo um ou mais minerais de importncia econmica possveis de serem aproveitados economicamente;Mineral-minrio: Os minerais valiosos, aproveitveis como bens teis, so denominados de minerais-minrio;Ganga: O mineral ou conjunto de minerais no aproveitados de um minrio denominado de ganga.

400 anos A.C , os Egpcios j recuperavam ouro de depsitos aluvionares, usando processos gravticos; O primeiro texto sobre bens minerais (De Re Metlica) foi publicado em 1556. Neste j h registro do uso do Moinho Pilo movido a gua, concentrao gravtica em calha e concentrao em jigue primitivo (leito pulsante); No sculo XVIII, com a inveno da mquina a vapor, incio da revoluo industrial, ocorreram as inovaes tecnolgicas mais significativas na rea de tratamento de minrios.

Histrico do Tratamento de Minrios

Os grandes desenvolvimentos na rea de beneficiamento de minrios ocorreram no final do sculo XIX e incio do sculo XXA descoberta da flotao na Austrlia, em 1905, foi a inovao tecnolgica de maior impacto que se tem notcia; Os avanos que se seguiram, ocorreram mais no design de equipamentos maiores e mais produtivos (anos 40-70),otimizao de processos por automao (anos 70-90) e a racionalizao do uso de energia nos anos 70, com a crise do petrleo; Mais recentemente, com a crise de energia no Brasil, em 2001, houve um grande interesse pela racionalizao da energia.Histrico do Tratamento de Minrios

Apesar de grande esforo de pesquisa direcionado melhor compreenso dos fenmenos caractersticos das operaes de beneficiamento, houve relativamente poucos saltos tecnolgicos resultantes desse esforo; Verificou-se mais uma evoluo incremental no desempenho dos processos, do que salto tecnolgico; No quadro 1.1 do livro de Tratamento de Minrios do CETEM, encontra-se uma cronologia das inovaes tecnolgicas ocorridas no tratamento de minrios (sculos XIX, XX e XXI).Histrico do Tratamento de Minrios

Os minerais fazem parte dos recursos naturais de um Pas, ao lado das terras para agricultura, das guas, biodiversidade etc. Os estudos bsicos geolgicos e hidrolgicos de um pas, so, normalmente, realizados por seu Servio Geolgico ou entidade equivalente, que os disponibiliza para o pblico.No Brasil, essa Misso cabe CPRM-Servio Geolgico do BrasilDepsitos e Jazidas Minerais

As matrias primas minerais de importncia econmica encontram-se distribudas de maneira escassa na crosta terrestre.Cabe s empresas, com base nas informaes geolgicas bsicas, realizarem pesquisa mineral em reas previamente selecionadas, em busca de depsitos de potencial interesse econmicoOcorrncia/Depsito: Feita a quantificao de um corpo mineral, tem-se um depsito.Jazida: quando o depsito apresenta condies econmicas de ser aproveitado, tem uma jazidaMina: Quando a jazida entra em operao comercial de lavra, denomina-se de minaDepsitos Minerais, Jazida e Mina

O produto da mina, minrio lavrado, denominado de Run of Mine (ROM) e constitui a alimentao da usina de beneficiamento;Preo de um bem Mineral: da maior importncia para definir uma jazida e depende de um nmero elevado de variveis: Freqncia com que ocorre na natureza; Complexidade da lavra e do beneficiamento; Distncia da mina ao mercado consumidor, etc;Vale ressaltar o aspecto circunstancial, pois dependendo da conjuntura poltico-econmica, um depsito pode passar a ser uma jazida. Ex: O minrio marginal da Caraba passa a ser minrio.Depsitos Minerais, Jazida e Mina

Qualquer atividade agrcola, no campo da metalurgia, da indstria qumica, da construo civil ou do cultivo da terra, usa os minerais ou seus derivados.Os fertilizantes, os metais e suas ligas, o cimento, o vidro, so todos produzidos a partir de matrias primas minerais.Com o aumento das populaes, cada dia se necessita de maior quantidade de matria prima para atender s necessidades do seu humano muito difcil imaginar o padro de vida alcanado por nossa civilizao, sem o uso dos minerais

Minerais e Seus Usos

Minerais e Seus UsosSo conhecidas, atualmente, cerca de 1.550 espcies minerais distintas. Destas, cerca de 20 so elementos qumicos e encontram-se no estado nativo ( cobre, ouro, prata, enxofre, diamante, grafita etc); O restante dos minerais constitudo por compostos, ou seja, com mais de um elemento qumico (Ex: Barita-BaSO4, Gibbsita-Al(OH)3-y etc);Na indstria mineral, os minrios ou minerais so geralmente classificados em trs grandes classes: metlicos, no metlicos e energticos;

Fim dos conceitos bsicos

Amostragem de MinriosO processo de amostragem consiste na retirada de quantidades representativas de um todo que se deseja amostrar, para a composio da amostra primria, representativa deste universo amostral;Processo de seleo e inferncia, pois procura-se obter conhecimentos de um todo a partir de uma amostra final que o represente;A importncia do processo de amostragem: avaliao de depsitos minerais controle de processos comercializao de produtos.

Amostragem de MinriosConceitos: Amostra quantidade representativa do todo que se deseja amostrar;Incremento quantidade modular do todo, para a composio da amostra final;Lote quantidade finita de material separada para uma determinada finalidade;Amostra primria material resultante do processo de amostragem;Amostra final quantidade de material resultante das etapas de preparao da amostra: reduo de tamanho, homogeneizao e quarteamento.

Amostragem em processos dinmicosProcessos de tratamento de minrios e hidrometalrgicosBalanos de massa e das concentraes nos diferentes fluxos que circulam nos equipamentos de uma usina;Amostras na rea de processamento mineral esto, geralmente, em forma de polpa (sistema particulado) as partculas apresentam tamanho, forma e composio variados;Tipos de amostragem: correias transportadoras (by pass); pilhas de homogeneizao (ps e trados); fluxos de polpas (quarteadores).

Amostragem de Minrios Mangans (Serra do Navio AP)

Amostragem de Minrios Mangans (Serra do Navio AP)

Amostragem de Minrios Mangans (Serra do Navio AP)

Amostragem de Minrios Mangans (Serra do Navio AP)

Cominuio de MinriosA fragmentao um conjunto de tcnicas que tem por finalidade reduzir, por ao mecnica externa ou interna, um slido de determinado tamanho em fragmentos de tamanho menor;Fragmentao: material heterogneo - visa liberar os minerais valiosos dos minerais de ganga; material homogneo - visa reduzi-lo at a dimenso requerida para a sua utilizao nos processos subseqentes.

Operaes Unitrias de Cominuio de MinriosCominuio

Britagem (cominuio grossa) Moagem (cominuio fina) Micronizao (cominuio ultra fina)

Cominuio de MinriosImportncia dos operaes de fragmentaoMaior parte da energia gasta no processamento de minrios absorvida pela fragmentao;Grande parte dos custos operacionais de uma usina de tratamento de minrios devida fragmentao;O interesse em estudar e otimizar a etapa de fragmentao em um processo de beneficiamento de minrios se deve ao fato de que qualquer melhorai implementada no processo acarretar em importante economia no processo.

Cominuio de MinriosImportncia dos operaes de fragmentao 80%

Processos de Cominuio de MinriosMecanismos da fragmentaoFonte: Delboni Jr. (2007)

Processos de Cominuio de MinriosMecanismos da fragmentaoFonte: Delboni Jr. (2007)

Exemplo de um circuito de moagem Mecanismos da fragmentaoFonte: Delboni Jr. (2007)

Introduo ao tratamento de minrios:Mineralogia da BauxitaBauxitas

Minerais teis: gibbsita (Al2O3 . 3 H2O) Minerais de ganga: hematita [Fe2O3]; caulinita [Al2O3 . 2 SiO2 . 2 H2O]

Mineralogia da BauxitaDiferentes Composies das bauxitasFonte: Delboni Jr. (2007)

Mineralogia da BauxitaDiferentes Composies das bauxitasFonte: Delboni Jr. (2007)

Mineralogia da BauxitaDiferentes Composies das bauxitasFonte: Delboni Jr. (2007)

Mineralogia da Bauxita: Principais compostosAlumina totalQuantidade total de alumnio presente na bauxita, expresso como Al2O3.

Alumina aproveitvelQuantidade de alumnio presente na bauxita como Al2O3, passvel de digesto em soda custica;

Mineralogia da Bauxita: Principais compostosSlica totalQuantidade total de slica presente na bauxita, expresso como SiO2. Refere-se a todos os minerais silicatados presentes;

Slica reativaSlica presente como mineral silicatado argiloso, tipicamente caulinita (Al2O3 . 2SiO2 . 2H2O)Este tipo de material tambm dissolvido durante o processo de digesto (por isto o nome reativa) e contamina o licor rico com slica. A slica reativa tambm aumenta o consumo de soda (NaOH) no processo Bayer.

Mineralogia da Bauxita: Principais compostosPrincipais Minerais (MRN)

Al2O3 . 3 H2O(gibbsita)Fe2O3(hematita/goetita)SiO2(quartzo)TiO2(anatsio/rutilo)Al2O3 . 2 SiO2 . 2 H2O(caulinita)

Mineralogia da Bauxita: Principais compostosPrincipais Minerais (MBP)

Al2O3 . 3 H2O(gibbsita)Fe2O3(hematita)FeO(OH)(limonita)SiO2(quartzo)TiO2(anatsio)Al2O3 . 2 SiO2 . 2 H2O(caulinita)

Bauxita de Paragominas - TexturaFonte: Delboni Jr. (2007)

Bauxita de Paragominas - TexturaFonte: Delboni Jr. (2007)

Bauxita de Paragominas - TexturaFonte: Delboni Jr. (2007)

Bauxita Composio qumicaFonte: Delboni Jr. (2007)Minrio de Paragominas

Bauxita Composio qumicaMinrio de Porto Trombetas

Beneficiamento da Bauxita de ParagominasFonte: Delboni Jr. (2007)

Beneficiamento da Bauxita de ParagominasFonte: Delboni Jr. (2007)

Agradecimentos ALUNORTE/VALE