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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS INTRODUÇÃO - 1 DISCIPLINA DE DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS … ou do processamento de sistemas particulados sólidos INTRODUÇÃO SUMÁRIO 1.1 Objectivos do Processamento de Minérios: caracterização prévia das propriedades de um minério tal-qual e definição das propriedades desejadas para os produtos finais. 1.2 Conceitos de separação e libertação. Escalonamento das operações mineralúrgicas e Diagrama Mineralúrgico Geral. Outras separações. 1.3 Os pontos de vista técnico e técnico-económico. Características típicas do mercado dos minérios. Contratos de venda e Benefício económico. NSR - "net smelter return" 1. INTRODUÇÃO À DISCIPLINA Os materiais úteis ao Homem ocorrem na crusta terrestre sob formas e estado de riqueza variados, mas, na generalidade, não são directamente utilizáveis sem que previamente algumas das suas propriedades sejam melhoradas. Analisando esta questão de forma mais abrangente, constata-se que os materiais utilizáveis pelo Homem, embora ocorrendo de forma praticamente ubíqua na crusta, sucede que esses materiais só são passíveis de exploração quando ocorrem em JAZIGOS, isto é, em formações naturais em que os processos geológicos conduziram a um enriquecimento prévio e, simultaneamente, a uma acumulação considerável desse recurso, de modo a garantir-se a explorabilidade técnico-económica. No esquema seguinte pode analisar-se na primeira coluna os “teores médios” de ocorrência de determinados metais na crusta e constar que os minerais não-metálicos ocorrem como constituintes essenciais ou acessórios de determinadas rochas, constando-se que essas formas de ocorrência média na crusta só muito raramente garantem a explorabilidade económica. Na grande maioria dos casos, só após a natureza ter operado durante o processo geológico o “enriquecimento” e a “acumulação” desses recursos nos seus JAZIGOS e que se obtêm condições técnico-económicas que garantem essa explorabilidade, condições esses que, em termos médios, figuram na coluna seguinte (Jazigos). Uma análise fina desses valores evidenciam o notável “trabalho geoquímico” efectuado pela natureza nesse enriquecimento natural, sem o qual a explorabilidade económico não seria garantida.

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Diagramas de tratamento

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Page 1: Diagramas de tratamento

DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 1

DISCIPLINA DE

DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS … ou do processamento de sistemas particulados sólidos

INTRODUÇÃO

SUMÁRIO

1.1 Objectivos do Processamento de Minérios: caracterização prévia das propriedades de um minério tal-qual e definição das propriedades desejadas para os produtos finais.

1.2 Conceitos de separação e libertação. Escalonamento das operações

mineralúrgicas e Diagrama Mineralúrgico Geral. Outras separações. 1.3 Os pontos de vista técnico e técnico-económico. Características típicas do

mercado dos minérios. Contratos de venda e Benefício económico. NSR - "net smelter return"

1. INTRODUÇÃO À DISCIPLINA Os materiais úteis ao Homem ocorrem na crusta terrestre sob formas e estado de riqueza variados, mas, na generalidade, não são directamente utilizáveis sem que previamente algumas das suas propriedades sejam melhoradas. Analisando esta questão de forma mais abrangente, constata-se que os materiais utilizáveis pelo Homem, embora ocorrendo de forma praticamente ubíqua na crusta, sucede que esses materiais só são passíveis de exploração quando ocorrem em JAZIGOS, isto é, em formações naturais em que os processos geológicos conduziram a um enriquecimento prévio e, simultaneamente, a uma acumulação considerável desse recurso, de modo a garantir-se a explorabilidade técnico-económica. No esquema seguinte pode analisar-se na primeira coluna os “teores médios” de ocorrência de determinados metais na crusta e constar que os minerais não-metálicos ocorrem como constituintes essenciais ou acessórios de determinadas rochas, constando-se que essas formas de ocorrência média na crusta só muito raramente garantem a explorabilidade económica. Na grande maioria dos casos, só após a natureza ter operado durante o processo geológico o “enriquecimento” e a “acumulação” desses recursos nos seus JAZIGOS e que se obtêm condições técnico-económicas que garantem essa explorabilidade, condições esses que, em termos médios, figuram na coluna seguinte (Jazigos). Uma análise fina desses valores evidenciam o notável “trabalho geoquímico” efectuado pela natureza nesse enriquecimento natural, sem o qual a explorabilidade económico não seria garantida.

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 2

Todavia, mesmo assim, constata-se com facilidade que os “minérios” nos seus Jazigos continuam a ser recursos “pobres”, se bem que excepcionais no contexto da sua ocorrência na crusta, excepcionalidade que, como vimos, garante (em determinado contexto de conjuntura e mercado – jogo da oferta e da procura) a explorabilidade. Assim, garantida a explorabilidade, é necessário desenvolver-se uma fase TECNOLÓGICA que conduza à valorização dos recursos, maximizando as suas propriedade intrínsecas relevantes para a indústria transformadora que produz os BENS que melhoram a qualidade de vida das sociedades. Este PROCESSAMENTO TECNOLÓGICO de MATÉRIAS-PRIMAS MINERAIS, importante ramo da Engenharia do Processo, vai realizar uma nova fase d “enriquecimento” em uma ou várias dessas propriedades relevantes (teor, calibre, etc.), através da concentração selectiva das espécies minerais responsáveis por esse propriedades relevantes. Na coluna “Produtos Minerais” figuram valores médios da propriedades exigidas pelos mercados e pode apreciar-se que o “esforço tecnológico”, embora decisivo, é comparativamente inferior ao realizado pela natureza que concentrou os materiais nos seus jazigos.

5x250x200x

1500x2000x5000x

MateriaisCRUSTA JAZIGOS Mat-Primas p/

Indústria

QuartzoFeldspatolítioCaulinoTalcoArgilasCalcárioSalgemaGranitoMármore

Constituintes principais ou

acessórios de

formações abundantes,

com distribuição geológica conhecida

FeCuZincoEstanhoTungsténioOuro …

5%0,005%0,003%0,0002%0,0001%0,0000002%

25-20%1-1,5%

2-4%0,2-0,4%0,2-0,4%0,0005%

PegmatitosFilõesF. ResiduaisP. AlteraçãoBacias Sedimentação particularesMaciços n/ fracturados

FORMAÇÕES excepcionais, mas intrinsecamente

“pobres”

Oco

rrên

cias

Rar

as

2x35x20x200x200x100x

60-70%25-55%50-60%60-70%60-74%

-

Cumprir especificações:- Calibre- Pureza- Penalizantes- Cor- Textura- Fracturação

ProdutosMinerais

COM

PON

ENTE

TEC

NO

LÓGI

CA

Metais

Minerais Industriais

Rochas Industriais

Met

alur

gia

ARTHUR F. TAGGART – 1927Mineral Dressing Technology is the art by

means of which the mineral crust of the earth is converted into forms that are utilized

by manufacturers and, in some cases, by ultimate consumers

1.1 Objectivos do Processamento de Minérios: caracterização prévia das propriedades de um minério tal-qual e definição das propriedades desejadas para os produtos finais. Um diagrama de processamento é projectado com o objectivo de produzir um determinado produto final com especificações bem definidas para as suas propriedades físico-químicas, em geral impostas pelo mercado a partir de uma matéria-prima original tal-qual no caso dos minérios, ou produtos secundários

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 3

resultantes de actividades industriais ou outras, como é o caso dos resíduos nos processamentos de reciclagem e de tratamento ambiental. No decorrer deste curso, a esta matéria-prima original, definida com esta abrangência, passaremos a dar a designação genérica de alimentação do processo. Projectar um dado diagrama de processo e, em particular, a probabilidade do seu êxito, dependerão, em larga medida, do grau de conhecimento que for possível obter sobre as distribuições das propriedades principais que caracterizam essa alimentação. Este conhecimento envolve, fundamentalmente, as chamadas propriedades físico-quí-micas que dependem largamente das espécies minerais presentes, no caso dos minérios, e dos materiais, no caso dos resíduos. Deste modo, interessa reter que o estudo prévio dos produtos a tratar é um imperativo fundamental e que este deve incluir: • conhecimento dos elementos presentes, em particular os úteis e os perigosos,

assumindo os metais um relevo especial, quer pelo seu valor comercial, quer pelas possíveis penalizações e/ou toxicidade que acarretam para os produtos finais;

• composição mineralógica, no caso dos minérios, sendo de importância crucial o conhecimento completo da paragénese, incluindo não apenas os minerais úteis, mas também as gangas e a avaliação do tipos texturais mais representativos;

• determinação dos teores médios dos elementos relevantes (úteis, perigosos e perniciosos);

• composição granulométrica A definição clara dos objectivos que o diagrama terá que atingir dependerá: • do estabelecimento prévio das propriedades desejáveis nos produtos finais e,

em particular dos intervalos de variação dessas propriedades (em geral muito curtos);

• e da definição da capacidade de tratamento desejada condicionantes que dependem directamente do mercado (dimensões e cotações).

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 4

O conhecimento mútuo do minério à boca da mina e dos atributos desejados para os produtos finais permitem a realização de um escalonamento das possibilidades de beneficiação tendo em conta o conhecimento dos Princípios de Funcionamento e Aplicabilidade dos vários processos unitários de tratamento de minérios (incluindo a própria viabilidade técnica e disponibilidade de equipamentos). Se a esta base de conhecimentos forem adicionados os termos quantitativos relativos à envolvente económica (mercado, investimentos, custos e proveitos), o problema do Projecto de um diagrama de processamento pode ser equacionado como um problema de optimização que terá sempre uma função objectivo a maximizar. Embora esta optimização seja uma operação de natureza complexa, haja em vista o grande número de variáveis em jogo, poderemos desde já e para efeito dos temas a abordar nesta disciplina, considerar que ela inclui duas variantes: • uma optimização estrutural que envolve a decisão sobre as grandes opções ao

nível da estrutura do diagrama (circuito aberto vs. circuito fechado; desengrosso prévio; desengrosso-reclamação-apuramento; remoagem; etc);

• uma optimização paramétrica que conduz à escolha das regulações que maximizam um determinado objectivo tecnológico.

O escalonamento destas possibilidades de beneficiação apoia-se em um conjunto muito simples de regras de encadeamento de operações que actuam como pilares para o lançamento de um esquema para o diagrama de tratamento. 1ª REGRA só uma operação de SEPARAÇÃO conduz efectivamente a um controlo dos atributos do produto final, sendo a eficácia desse controlo expressa directamente pela Curva de Partição do separador.

f(p)

s(p) i(p)

Seja f(p) a distribuição da propriedade p de um dado lote de minério. f(p).dp será a fracção de material de propriedade compreendida em ]p-dp/2, p+dp/2[ contida nesse lote.

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 5

Num lote original (tout venant) a função f(p) terá uma grande variância elevada dispersão em torno do valor médio. Durante a separação o fluxo original de material F vai ser partido em 2 fluxos, o supra S e o infra I, tais que:

S F f p p dp=∞

∫ . ( ). ( ).ξ0

e ∫∞

−=0

)).(1).((. dpppfFI ξ

sendo ξ(p) a Função Partição, havendo sempre um valor p0 de p para o qual ξ(p0)= 0.5, denominado por convenção Propriedade de Corte.

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 6

A aplicação sucessiva de várias separações a po diferentes sobre o lote original e produtos resultantes vai conduzir a lotes com distribuições de propriedade p de menor variância tanto menor quanto mais próximos forem os po usados e mais a função de partição da separação tender para um degrau de Heaviside.

2ª REGRA embora o número de andares de separação e os respectivos valores da propriedade de corte p0 possam ser escolhidos pelo projectista, o resultado final de um esquema de tratamento vai depender da eficiência do corte, isto é do afastamento da função de partição ao degrau perfeito. Exemplificando. Se para obter um bom valor do teor médio de um dado concentrado for necessário subir demasiado o teor de corte devido a ineficiências da separação, a recuperação vai ser inevitavelmente baixa ! As causa de ineficiências de um processo de separação em tratamento de minérios derivam basicamente de 3 classes de problemas: • selectividade do fenómeno físico quando a propriedade se separação não for

suficientemente contrastante entre as espécies minerais úteis e as gangas, a partição afasta-se da ideal. Haverá que recorrer a outros processos de separação, com base em outras propriedades, sob pena de se comprometer o próprio processo de recuperação. Ex.: fecho dos circuitos de moagem com grelhas em vez de hidrociclones que antecede a flutuação de scheelite;

• os meios tecnológicos que realizam o processo de separação, num contexto economicamente viável, mercê do próprio método de implementação técnica, são alvo de fenómenos parasitas que interferem na separação. Ex.: influência do calibre nos mecanismos de diferenciação do transporte, limites inferiores de utilização dos métodos de separação;

• o estado de libertação. Em processamento de sistemas particulados sólidos a separação efectua-se entre partículas (e não entre minerais) com base nos seus atributos. Ora, é sabido que a propriedade de separação atinge o seu maior contraste apenas entre grãos inteiramente libertos de minério útil e de ganga. Qualquer separação entre grãos mistos vai ser conduzida segundo um contraste de

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 7

propriedade inferior ao contraste máximo que justificou a escolha dessa propriedade de separação, chegando mesmo a anular-se no caso de os dois grãos mistos terem o teor médio do tal-qual.

Esta última ineficiência conduz a uma nova regra que merece atenção particular. 3ª REGRA só uma operação de FRAGMENTAÇÃO (ou COMINUIÇÃO) é capaz de gerar a separabilidade potencial de um determinado sistema particulado, isto é, a possibilidade de processar a separação física das várias fases sólidas em presença. Com efeito, se o material original não possuir partículas em quantidade suficiente que cumpram as especificações em termos da propriedade que está a ser considerada, resulta evidente que jamais se poderá promover uma valorização desse material recorrrendo apenas a uma operação de separação – a quantidade de partículas que cumprem esse critério poderá ser tão pequena que o rendimento industrial do processo inviabiliza a sua realização. Esta situação é muito facilmente exemplificada com o caso da propriedade calibre, que se apresenta na figura seguinte. Um material rochoso proveniente de um desmonte, mesmo depois de ser tratado num britador primário, não conterá percentagem suficiente de partículas de calibre adequado para determinados fins (por exemplo, gravilhas 5-15 mm para fabrico de betão betuminoso destinado a uma camada de desgaste de estrada). A solução obvia para este problema será encontrada quando submetermos o material a uma nova operação de FRAGMENTAÇÃO. Sobre este novo lote de partículas, num maior estado de divisão, já a aplicação de uma separação conduzirá a um produto final que cumpre as exigências de fabrico e em melhores condições de rendimento material dessa operação (condição fundamental para que a operação venha a ter viabilidade técnico-económica).

Material Inicial Produto Fragmentado

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 8

Se tomarmos como exemplo de referência uma minério metálico que pretendemos valorizar produzindo um novo produto a que chamamos concentrado, por nele desejarmos “concentrar” a espécie mineral útil, de imediato concluiremos que a calibres graúdos (muito acima do chamado calibre de libertação) não surtiria qualquer efeito, economicamente viável, se realizássemos uma simples operação de separação. De facto, como o histograma de distribuição dos teores da espécie mineral útil num lote com partículas sob calibres graúdos tem a forma de um “sino” (assimétrico porque o teor médio será, provavelmente, bastante inferior a 50%), a aplicação da separação nunca permitirá obter os altos teores desejados sob recuperações que garantam a economicidade do processo. Ora, como sabemos da análise do fenómeno da libertação de fases mineralógicas por cominuição, quando uma partícula mista é fragmentada origina, necessariamente, partículas-filhas, todas de menor calibre que o progenitor, mas cujos teores serão uns superiores e outros inferiores ao teor desse progenitor (só em condições muito excepcionais se originarão teores semelhantes ao da partícula inicial!). Face a esta constatação, de imediato se conclui que uma fragmentação de um material com uma distribuição de teores em forma de “sino” irá originar, mais cedo ou mais tarde, um produto em que essa distribuição de teores passará a ter uma forma em “U”. Quando este marco for atingido, então já se reunirão condições para que a operação de separação seja melhor sucedida (concentrados mais puros e recuperação mais elevadas). Na figura seguinte procura-se exemplificar o significado e articulação dos conceitos que acabamos de expor.

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 9

Neste contexto, toda a separação mineralúrgica real vai surgir do compromisso entre a selectividade física do processo e a sua realização tecnológica a partir da separação potencial gerada no decorrer do processo de cominuição. A conclusão desta 3ª Regra é a de que as fragmentações antecederão sempre as separações, em particular no caso da concentração de minérios metálicos possuidores de texturas complexas. 1.2 Conceitos de separação e libertação, escalonamento das operações minera-

lúrgicas e Diagrama Mineralúrgico Geral. A análise dos conceitos a que se refere este parágrafo vai ser orientada na perspectiva da interpretação da seguinte regra que desempenha um papel de grande relevância na organização estrutural dos diagramas de tratamento 4ª REGRA sempre que a capacidade a instalar e a mais valia obtida com o tratamento justificar os acréscimos de custos correspondentes e as características do minério o permitirem, o processo de separação será conduzido em estágios individualizados, escalonados ao longo da escala granulométrica. A Separação de Fases é uma operação crucial em todo o conjunto dos processos mineralúrgicos. A separação física de fases sólidas constitui o objecto principal, se não mesmo único, do tratamento mineralúrgico, por isso lhe chamamos Separação Mineralúrgica no sentido estrito. Neste sentido, as Separações Hidrometalúrgicas, envolvendo passa-gem ao estado fluído de alguma ou algumas das fases, estão técnica e cientificamente mais próximas da Metalurgia que da Mineralurgia, embora hoje em dia, por razões técnicas e económicas, tendam cada vez mais a praticar-se em conjunto com as operações mineralúrgicas, ou parcialmente em sua substituição, nas mesmas instalações à boca da mina. O que fundamentalmente caracteriza as separações mineralúrgicas, em virtude de operarem por meios estritamente físicos e sem mudança de estado físico sobre sistemas de sólidos particulados, é a sua eficácia depender:

- do fenómeno físico interveniente e, em particular, da sua selectividade para as espécies minerais presentes no sistema particulado;

- dos meios tecnológicos postos em obra para realizar de modo economicamente viável o fenómeno físico escolhido para produzir a separação e, em particular, dos fenómenos físicos espúrios ou parasitas que interferem na separação;

- e sobretudo do estado de libertação, isto é, da individualização nas diferentes partículas do sistema das diferentes espécies minerais, produzida por operações prévias de cominuição.

Por esta última razão, assume importância central em Mineralurgia a cuidadosa articulação entre a cominuição (que produz a libertação ou separarão potencial no sentido de que é a geradora da separabilidade física das fases sólidas) e a separação mineralúrgica (que conduz à separação actual) .

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 10

É neste contexto que a separação mineralúrgica se revela como processo de especial complexidade entre as tecnologias separativas, complexidade que não é diminuída, antes terrivelmente aumentada, pelo aparente primitivismo ou simplicidade dos seus equipamentos. Esta característica genérica dos processos mineralúrgicos decorre da exigência de baixo custo, tanto de capital como de exploração, do tratamento de matérias primas de baixo valor unitário, exigência que, nomeadamente, inibe o recurso generalizado e intensivo de meios sofisticados de instrumentação e controlo automático. Se é verdade que num passado tais limitações só eram superadas em instalações de grande capacidade, em que as economias de escala permitiam tais extravagâncias na mira de um aumento da eficácia dos processos, hoje em dia a situação alterou-se de forma espectacular, uma vez que as antigas explorações mineiras tradicionais encerraram e deram lugar ao aparecimento de projectos mineiros de muito elevadas capacidades de tratamento, mesmo ao nível do nosso país. Nestas novas instalações o recurso sistemático ao meios de controlo automático dos processos passou a ser uma regra básica para optimização da estrutura de custos. É também no âmbito do conceito de estado de libertação que adquire toda a sua importância a regra básica de que a operação de separação se deve realizar logo que uma fracção razoável (e de propriedades razoavelmente contrastantes) de material mineral útil ou ganga se encontre liberta. Com efeito, como se sabe, toda a sobrefragmentação é triplamente perniciosa:

- porque a cominuição é uma das operações mineralúrgicas de mais alto custo, devendo, portanto, ser reduzida ao mínimo estrito, quer em termos de quantidades tratadas, quer de finura do produto; quanto a este último aspecto, acresce ainda o facto de uma dada relação de redução de calibres sair tanto mais cara quanto mais baixo for o calibre de partida;

- porque cada um dos métodos e aparelhos de separação tem um limite inferior de calibre a partir do qual a sua eficácia diminui a ponto de o tornar imprestável; a este facto, acresce o de, de modo muito geral e por razões físicas evidentes, a relação custo/eficácia de uma separação aumentar substancialmente com a finura do material a tratar.

- finalmente, porque, baseando-se toda a separação mineralúrgica no estabelecimento dum movimento diferenciado entre as partículas das diferentes espécies minerais existir um calibre abaixo do qual toda a diferenciação eficaz de movimento cessa devido ao facto de as partículas adquirirem movimento idêntico ao do fluido em que se movem (início do regime Browniano); a esta limitação absoluta de calibre (mais estrita no caso dos tratamento por via húmida que são, em geral, precisamente os mais eficazes e baratos) acresce o facto de toda a cominuição produzir necessariamente a formação de uma fracção mais ou menos substancial de calibres inferiores a este limite de separabilidade mineralúrgica, fracção que será tanto maior quanto maior for a finura do material produzido.

Tipos operacionais de separações mineralúrgicas.

A cuidadosa consideração destas características peculiares das separações mineralúr-gicas leva a que, sempre que a capacidade da instalação e o valor do material a tratar

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 11

justifiquem os acréscimos de custos correspondentes e as características do minério o permitam, se procure fazer a separação em três estágios individualizados:

- um Desengossamento (ou pré-concentração) realizado sobre as primeiras fracções libertas, de ganga ou substância útil, respectivamente nos casos de minérios pobres e ricos (a distinção entre minério pobre e rico faz-se, neste contexto, pelo facto de o teor volúmico em substância útil ser menor ou maior que 50%); o estádio de fragmentação que precede esta operação designa-se frequentemente por Fragmentação Preliminar e não deve em caso nenhum confundir-se com a Fragmentação Primária, cujo objectivo é completamente diferente: o de assegurar a transportabilidade a granel em equipamentos de baixo custo;

- uma Concentração (desengrosso propriamente dito, ou desbaste), realizada sobre um material que contém substancialmente liberta tanto a espécie mineral útil como as gangas, que constitui a parte principal e única verdadeiramente indispensável no processo separativo;

- um Apuramento (relavagem) e/ou uma Reclamação (acabamento) que, após repisas ou refragmentações eventualmente destinadas a libertar totalmente, respectivamente, a substância útil e a ganga, permitem a melhoria da pureza do concentrado e/ou a recuperação de pequenas quantidades de substância útil perdida na concentração. O carácter opcional das repisas resulta da necessidade de retratar os produtos da concentração nem sempre ser consequência duma libertação imperfeita mas, eventualmente, de ineficácia da concentração devida a características desfavoráveis dos aparelhos e/ou dificuldades resultantes da semelhança das propriedades das fases a separar.

- Separações no interior dos circuitos fechados, intercalados imediatamente a jusante dos fragmentadores (separadores ditos “células unitárias - unit cells”, habitualmente jigas ou células de flutuação, mas também mesas e separadores magnéticos em casos especiais) para recuperação imediata dos grãos úteis acabados de libertar, impedindo-os de se fragmentarem até ao calibre nominal de libertação a que se encontra regulado o classificador que fecha o circuito de moagem ("save your mineral as soon as possible").

Qualquer opção sobre uma solução de projecto estará sempre situada entre aquilo a que se designa por tratamento insuficiente, isto é, aquele que, embora de custo relativamente baixo, não consegue efectuar recuperação suficiente da espécie mineral útil presente no minério a ponto de cobrir esses custos, e o tratamento oneroso que foi levado longe de mais até ao ponto em que os acréscimos de qualidade técnica da solução (em aumento de recuperação ou de elevação do teor do concentrado) já não pagam os custos necessários para os atingir. Interessa neste momento enfatizar que a “extensão do alcance” do processo está primária e intimamente relacionada com o grau de libertação ao qual se efectua a separação final. Este aspecto pode ser seguido analisando os diagramas seguintes em que se acompanha a evolução do grau de libertação à medida que o calibre vai diminuindo em que cada histograma representa a distribuição dos teores das partículas que se encontram a um determinado calibre (médio).

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 12

Evolução da distribuição do teor das partículas à medida que o calibre (médio) vai diminuindo

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 13

Diagrama Mineralúrgico Geral – um roteiro dos conceitos sobre

diagramas de processamento de sistemas particulados sólidos (Nota: cada bloco representa operações unitárias ou cascatas, com ou sem recirculações internas)

A viabilidade técnica e económica deste entrelaçamento entre fragmentações parciais e separações parciais depende essencialmente de quatro tipos de factores:

- o calibre de ocorrência e outras características texturais do minério que determinam o calibre de início da libertação;

- o teor do minério que, em igualdade de características texturais, determina a distância, sobre a escala granulométrica, entre o início da libertação da substância útil e das gangas;

- a disponibilidade e custos, tanto de capital como de exploração, de métodos de separação eficazes para as espécies minerais em consideração e aos diversos

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 14

calibres considerados, bem como da respectiva aparelhagem industrial e sua capacidade;

- a capacidade de tratamento prevista e a duração previsível da exploração que determinam a extensão das economias de escala realizáveis e a amortizabili-dade dos investimentos, isto é, em última análise, a complexidade admissível da instalação.

Estas considerações são válidas, sobretudo, para o caso em que no minério existe apenas uma única substância útil rentavelmente recuperável e as gangas têm proprie-dades físicas não muito diferenciadas entre si mas significativamente diferentes das da substância útil. . Nos casos mais complexos de existência de várias substâncias úteis economicamente recuperáveis e/ou de gangas com propriedades muito diferentes, notavelmente quando as propriedades de alguma(s) desta(s) se aproximam das de alguma(s) das substâncias úteis, o caso complica-se substancialmente, embora os princípios aplicáveis conti-nuem basicamente os mesmos. É sobretudo nestas situações mais complexas que tem a sua génese o conceito de que cada minério constitui um caso aparte cuja solução mineralúrgica é estritamente casuística.

Outras separações Intimamente ligadas à, separações mineralúrgicas propriamente ditas ocorrem também separação granulométricas ou classificações, e separações sólido-fluído como separações preparatórias e/ou auxiliares das separações e cominuições. De um ponto de vista estritamente operacional (isto é, do ponto de vista do seu papel no circuito geral de tratamento) estas outras operações distinguem-se das separações mineralúrgicas propriamente ditas pela sua importância apenas táctica em confronto com a importância verdadeiramente estratégica destas. Porém, na verdade, constituem também separações segundo uma propriedade (o calibre nas tamizagens, a fluidez nas separações sólido/fluido) ou segundo uma combinação de propriedades (a massa espe-cífica e o calibre nas aeroclassificações e hidroclassificações). Por outro lado, notar-se-á como as filtrações se tornam um termo de passagem entre as tamizagens e as se-parações sólido/fluído e como as aero- e hidroclassificações passam gradual e insen-sivelmente a espessamentos, por um lado, e a clarificações ou desempoeiramentos por outro lado, que são já no plano tecnológico verdadeiras separações sólido/fluído. Neste sentido, a estas outras separações são aplicáveis, como casos-limite, muitos dos conceitos que desenvolveremos para as separações mineralúrgicas propriamente ditas. 1.3 Os pontos de vista técnico e técnico-económico. Contratos de venda.

Benefício económico e Retorno Metalúrgico Líquido (NSR - "net smelter return").

O ponto de vista técnico-económico no projecto

O ponto de vista técnico-económico no projecto de preparação de minérios pode ser equacionado dentro do espírito de que entre os tratamentos insuficientes que não permitem obter nos produtos finais as mais-valias necessárias à sua colocação no mercado e os tratamentos demasiado refinados (ditos onerosos) em que essas mais-

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 15

valias não compensam os acréscimos de custos nos processos que as originaram, haverá um ponto de equilíbrio de compromisso no qual as condições de operação serão óptimas. Dada a complexidade dos processo e sua dependência em grande nú-mero de variáveis, algumas delas decorrentes de um mercado em permanente mutação, resulta que esse óptimo terá um carácter dinâmico e evoluirá consoante as alterações dessas variáveis. Conjugando estes conceitos com o que já atrás foi discutido sobre optimização do processo, a evolução destes óptimos é obtida pela optimização (paramétrica) dos parâmetros de regulação do processo. O optimização estrutural de um diagrama, como não é passível de ajustamentos fre-quentes, terá que ser obtida sobre análises mais globais da estrutura de custos. Neste caso, o ponto de vista é o de que entre soluções tecnicamente correctas, a melhor solução técnico-económica poderá não ser a solução técnica mais evoluída, sendo certo, contudo, que jamais um má solução técnica poderá suportar uma solução economicamente vantajosa. 5ª REGRA os custos do tratamento dependem da tecnologia adoptada, da extensão do processo de tratamento (libertação) e são directamente proporcionais à tonelagem processada.

custos do tratamento = função ( tecnologia, processo, tonelagem tratada) Esta regra reflecte directa e inequivocamente um ponto de vista técnico-económico, o qual pode ser equacionado a partir de 4 tipos de factores diferentes: • factores técnicos

- calibre de ocorrência e textura que condicionam a evolução da libertação durante a fragmentação;

- teor médio do minério que, em igualdade de circunstâncias texturais determina a distância, na escala dos calibres, entre o início da libertação do minério útil e da libertação da ganga.

• factores económicos - disponibilidade e custos dos métodos de tratamento, tanto em capital

(investimento) como em tratamento; - capacidade e duração previstas para a instalação (economias de escala e

amortização dos investimentos). Em presença de várias espécies minerais úteis, ou de uma paragénese complicada, por exemplo, com significativa abundância de sulfuretos, a organização estrutural do diagrama de concentração pode levantar, só por si, problemas interessantes. Todavia, seja qual for o cenário concreto, as decisões terão que ser tomadas com base simultaneamente nos aspectos técnicos e nos económicos (em geral sobre os custos). Tentemos aplicar a fórmula da 5ª Regra acima enunciada para o caso de um minério de cassiterite, volframite ou scheelite (mineral de elevada densidade) com sulfuretos e gangas silicatadas (leves), por sinal muito frequente em algumas paragéneses do nosso país.

Page 16: Diagramas de tratamento

DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 16

Genericamente, existem dois diagramas tipo que poderão ser aplicados, com características técnicas completamente distintas:

Concentração Gravítica

CassiteritePirite

Gangas leves

Flutuação

Cassiterite Pirite

Flutuação

CassiteritePirite Gangas leves

Concentração Gravítica

Cassiterite Gangas leves

ESQUEMA 1 ESQUEMA 2

A análise técnica da aplicabilidade de cada um dos esquemas aponta para que:

• o ESQUEMA 1 é aplicável em paragéneses de libertação graúda (a calibres de granulação) da espécie mais densa - obrigando ao uso da modalidade de flutuação em mesas - ou de libertação fina com utilização de flutuação em espumas;

• o ESQUEMA 2 está limitado à utilização exclusivamente nos minérios em que

a espécie densa se liberta calibres finos (< 48 #), porque a para a flutuação do tal-qual terá necessariamente de ser efectuada na modalidade por espumas. Contudo, chama-se à atenção da melhor concepção deste diagrama sob o ponto de vista do funcionamento da separação hidrogravítica (em mesas). O leitor identificar os raciocínios que permitem estas afirmações.

Olhando para estes dois esquema através da aplicação da fórmula anterior, sobre casos concretos de dois minérios distintos, a melhor solução técnico-económica poderá ser encontrada em cada caso, supondo uma capacidade nominal de 100 ton/h CASO 1 - Minério com 1% de Cassiterite, 9% de Pirites estéreis e 90% de Gangas

Leves.

Concentração Gravítica

CassiteritePirite

Gangas leves

Flutuação

Cassiterite Pirite

Flutuação

CassiteritePirite Gangas leves

Concentração Gravítica

Cassiterite Gangas leves

ESQUEMA 1 ESQUEMA 2

100 t/h

10 t/h 90 t/h

1 ton/h 9 t/h

CUSTO = função (110 ton/h)

100 t/h

9 t/h91 t/h

1 ton/h 90 t/h

CUSTO = função (191 ton/h)

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 17

Os cálculos da previsão dos custos de tratamento (!! calculados, obvia-mente, sob uma base de grande simplicidade !! ) apontam para que o ESQUEMA 2, embora inclua uma solução que permite um melhor funcionamento das mesas de separação, em igualdade de circunstâncias seria mais caro. O tal-qual da antiga mina de Montesinho, se bem que mais pobre, possuía libertação graúda e era tratado segundo o ESQUEMA 1. Em Vale de Gatas o esquema era semelhante, embora o calibre de libertação do minério útil (volframite) fosse ligeiramente inferior.

CASO 2 - Seja agora o exemplo de um minério que possua 2% de Volframite +

Scheelite, 70% de Pirrotites estéreis e 28% de Gangas Leves (silicatos e carbonatos).

Concentração Gravítica

Volframite + ScheelitePirrotite

Gangas leves

Flutuação

Flutuação

Gangas leves

Concentração Gravítica

Gangas leves

ESQUEMA 1 ESQUEMA 2

100 t/h

72 t/h28 t/h

2 ton/h 70 t/h

CUSTO = função (172 ton/h)

100 t/h

70 t/h30 t/h

2 ton/h 28 t/h

CUSTO = função (130 ton/h)

Volframite + Scheelite Pirrotite

Pirrotite Volframite + Scheelite

Volframite + Scheelite

De acordo com o resultado do cálculos, o ESQUEMA 2 será agora o mais aconselhado quer técnica quer economicamente. Esta solução foi preconizada para os minérios da Mina de Covas (nos anos 60, hoje inactiva) e actualmente é a opção do diagrama da Lavaria do Estanho da Somincor.

Resumindo, poder-se-á afirmar que, perante níveis equivalentes de Recuperação e de Teor médio nos concentrados, o melhor esquema de tratamento será aquele que produzir a maior quantidade de estéreis definitivos mais cedo e calibres mais graúdos !

Características típicas do mercado dos minérios O mercado dos minérios será, talvez, um dos primeiros grandes mercados livres, que desde muito cedo esteve foi estabelecido em termos internacionais controlados pelas bolsas de Londres, Nova York, Hamburgo, entre outras. Porque, tradicionalmente, há (ou havia!) um maior número de produtores de concentrados relativamente aos consumidores (metalurgias), esses mercados internacionais são essencialmente contro-lados por esses consumidores que apenas "aceitam" pagar pelas matérias-primas o justo valor que permite a cobertura dos custos de investimento, de operação e de

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DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 18

modernização do processo industrial, dentro da pura lógica do mercado de oferta e procura. Como em outros tipos de mercados, os agentes procuram a defesa dos seus interesses, nomeadamente contra as especulações, através de convénios (contratos de longo prazo, associações de produtores para conseguirem ser "price-makers", etc).

Contratos de Venda e Benefício Económico O comércio dos concentrados de minérios é assegurado por contratos entre os exploradores mineiros (que possuem, em geral, uma lavaria própria para a produção dos seus concentrados) e os correctores compradores que actuam como intermediários. Justifica-se a existência destes correctores devido à complexidade do mercado e à grande especialização que é necessário desenvolver-se para entender as suas regras próprias. As leis destes mercados são muito difíceis de estabelecer, não permitindo fazer previsões à distância, mesmo muito curta que seja, visto que os mecanismos de auto-regulação são de naturezas muito distintas (lembremo-nos, por exemplo, das grandes perturbações sofridas pelas cotações devido à quedas das fronteiras da economia ocidental com os países do Leste Europeu). O valor da venda (preço) de um dado minério depende, obviamente, do seu conteúdo (teor) no ou nos metais (ou elementos) úteis que contém, mas também, do calibre das suas partículas (que obriga a triturações ou a aglomerações e posteriores perdas no processo metalúrgico) e do teor das impurezas perniciosas (estas reagem com as paredes do forno, são difíceis de retirar e produzem produtos finais com más propriedades técnicas, pelo que exigem refinações metalúrgicas mais caras). A presença destas impurezas e a influência do calibre actuam como depreciações e são, por isso, devidamente considerados nas fórmulas dos contratos de venda: FccPfV −−⋅⋅= )'( em que:

V - preço de venda da unidade de peso do concentrado, colocado na oficina meta-lúrgica;

P - cotação da unidade de peso do metal no mercado; c - peso de metal contido numa unidade de concentrado (teor); c' - peso de metal perdido no processo metalúrgico; F - custo do tratamento metalúrgico de uma unidade de peso de concentrado; f - é um factor de correcção em geral negociado por ambas as partes para

satisfazer as necessidades de momento, de comprar ou vender, de cada uma das partes.

Notar que as penalidades incidem sobre os parâmetros c' e F. Outro aspecto peculiar do mercado é que, sendo a cotação do metal determinada pelos mercados internacionais, compete ao explorador mineiro suportar os custos da metalurgia por que o que está em venda é o metal. Assim, neste processo, há ainda que contar com o comportamento das metalurgias que controlam directamente o parâmetro F da fórmula de venda, de acordo com as suas necessidades.

Page 19: Diagramas de tratamento

DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 19

Dando à fórmula anterior um outro aspecto: )'( FcPfcPfV +⋅⋅−⋅⋅= é possível determinar, para cada contrato, o concentrado de valor nulo:

Pf

FcPfc⋅+⋅⋅

=' .

Sob o ponto de vista do projecto é mais interessante olhar para a questão da cotação de um determinado minério pelo lado do benefício económico associado a uma determinado cenário do projecto. A fórmula canónica deste benefício é apresentada da seguinte maneira: ∑∑∑ +−+⋅−⋅⋅−−⋅=

iiipi

iip

iii MLTFRPeRPaB )()()1(

em que: B - benefício económico por unidade de peso de minério tal-qual tratado; Pi - preço de venda (cotação) da unidade de peso do metal i; F,T,L,M - custos metalúrgicos, de transporte, de tratamento na lavaria e na mina,

por unidade de peso; ai - teor do tal qual no metal i; Rp - rendimento ponderal do processo de tratamento mineralúrgico na lavaria;

ei - teor dos estéreis no metal i; Trata-se de uma fórmula complexa porque os teores médios ai variam no decorrer da evolução da exploração da mina, as cotações Pi variam e são imprevisíveis e os custos do tratamento têm estrutura muito complicada. Todavia tentemos tirar algumas conclusões, de carácter qualitativo, que podem ser consideradas como corolários do problema técnico-económico da preparação de minérios. Para tal admita-se, numa primeira fase, a constância:

• dos custos de transporte, exploração, tratamento mineralúrgico e metalurgia; • da cotação; • e do teor do tal-qual.

A abrigo destes pressupostos o benefício B virá dependente exclusivamente do teor do concentrado c (por simplicidade trata-se o caso de um único metal útil).

Das equações de balanço sobre a Separação (1) obtém-se eceaRp −

−= e

p

p

RcRa

e−

⋅−=

1.

pelo que substituindo na equação de B se obtém função(c)=B :

1 Equações de Balanço de uma Separação: ECA += e eEcCaA ⋅+⋅=⋅ ,

com Rendimento Ponderal ACRp = e Recuperação aA

cC⋅

⋅=ρ

Page 20: Diagramas de tratamento

DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 20

)()(R MLTFRPcB pp +−+⋅−⋅⋅= (

2) Admitindo a constância da cotação e dos custos, acima pressupostos, o máximo de B obter-se-á encontrando os valores que anulam a expressão anterior:

0=dcdB

0)( =⋅+−⋅⋅+⋅dc

dRTF

dcdR

PcPR ppp

0=

+

−⋅+P

TFcdc

dRR p

p

+

−⋅−=P

TFcdc

dRR p

p

A solução do problema resume-se, agora, a encontrar a família de funções que têm a equação diferencial de variação encontrada, o que se poderá obter por simples separação de variáveis:

p

p

RdR

PTFc

dc−=

+−

pelo que

KRP

TFc p +−=

+

− lnln

A constante K pode obter-se fazendo o primeiro termo igual a zero:

1= 0lnP

TFcP

TFc +−⇒=

+

pelo que virá 0ln pRK = , em que Rp0 será o Rendimento Ponderal de uma separação hipotética em que o “teor pagável” seria máximo (=1 !) – confrontar com a nota de fundo da página anterior. Finalmente obtém-se a solução da equação diferencial anterior na forma:

PTFc

RR p

p +−

= 0

2 Notar que também se pode escrever: )())(( MLTFPcRB p +−+−⋅⋅=

de onde se pode extrair que (c.P-(F+T)) é o “valor líquido” da unidade de peso de concentrado, isto é, a diferença entre o seu “valor intrínseco” e o custo do seu tratamento metalúrgico e transporte. Dividindo esse valor por P, (c-(F+T)/P) pode ser lido, da mesma forma, como o “teor” que gera esse “valor líquido”, ou seja, o “teor pagável” do concentrado.

Page 21: Diagramas de tratamento

DIAGRAMAS DE PROCESSAMENTO DE MINÉRIOS

INTRODUÇÃO - 21

que é uma família de hipérboles equiláteras ( ( )cRp1função= )que têm por

assimptotas o eixo do c (quando c=∞, vem Rp=0) e a recta vertical que passa por

PTF + .

A mais interessantes destas curvas é a que é tangente à curva do Rendimento Ponderal, Rp, como função do teor médio do concentrado - Curva dos Concentrados de uma Curva de Lavabilidade. Qualquer outra curva intersectará a lavabilidade em dois pontos não óptimos, um excessivo e outro baixo no que se refere ao teor a dar ao concentrado. Notar-se-á que o teor a dar aos concentrados deverá ser tanto maior quanto maiores os custos de Fusão e de Transporte e menor a cotação P ! Há, finalmente, que ter em conta que na derivação anterior os custos L+M da lavaria e da mina foram eliminados, o que significa que pode suceder que embora a regulação dada à lavaria seja óptima, o benefício económico final pode não ser positivo !

"NRS - Net Smelter Return" Visto que o projecto mineiro é integrado, na sua optimização não se podem desligar os aspectos técnicos da exploração e do tratamento. Assim, na avaliação das frentes de desmonte e na caracterização dos blocos técnicos utilizados no Planeamento Mineiro, é frequente utilizar-se um parâmetro técnico-económico para definir o valor intrínseco contido numa tonelada de tal-qual in situ - chamado NRS - Net Smelter Return (retorno metalúrgico líquido) - obtido como diferença entre o valor do metal recuperável pelo processo mineralúrgico (a partir de uma unidade de minério tal-qual) diminuído das tarifas de transportes e dos custos metalúrgicos do tratamento do concentrado:

c

aTFPaNSR ⋅⋅+−⋅⋅=ρρ )(

em que a e c são os teores médios do tal-qual e do concentrado, ρ a recuperação da lavaria e F e T, como anteriormente, os custos metalúrgicos e os fretes do transporte. Porque para uma dada afinação de referência da lavaria, em recuperação e teor do concentrado, o NSR é uma função directa do teor médio do bloco in situ, este parâmetro funciona frequentemente como guia do planeamento através da definição de NSR de corte em vez do tradicional cut off.