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Procesamiento de minerales I
Introdução ao tratamento de minérios
Maria Luiza Souza
Montevideo 5-9 Agosto 2013
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
O objetivo da atividade mineira é:1. “descobrir” os recursos minerais escondidos
no subsolo,2. “trazer” o bem mineral do subsolo até a
superfície para, finalmente,3. “transformar” este bem mineral a fim de o
mesmo possa ser usado pelas indústrias metalúrgica, cerâmica, química, etc.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Das três áreas que formam a Engenharia de Minas, cabe ao tratamento de minérios a terceira atividade citada anteriormente.
Logo, incluímos no tratamento de minérios as seguintes operações unitárias:1. Redução de tamanho das partículas;2. Classificação das partículas por classes de tamanho;3. Elevação dos teores dos componentes úteis (concentração);4. Diminuição dos teores dos componentes indesejáveis;5. Eliminação de propriedades indesejáveis;6. Manuseio do minério entre operações sucessivas;7.Operações auxiliares (separação S/L; aglomeração de finos).
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
GEOLOGIA LAVRA BRITAGEMPENEIRAMENTO
MANUSEIO
MOAGEMCLASSIFICAÇÃO
CONCENTRAÇÃO
HIDROMETALURGIAPIROMETALURGIA
ELETROMETALURGIAGeólogo
Eng. de minas (Brasil)
Eng. metalúrgico (Brasil)
Eng. de minas (USA) Eng. Metalúrgico (USA)
Mining geologist (Japão) Eng. químico (Brasil)
Figura 1- Competência profissional em diferentes países
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Menas: Mineral metalífero, principalmente el de hierro, tal como se extrae del criadero y antes de limpiarlo.
Mineral: Sustancia inorgánica que se halla en la superficie o en las diversas capas de la corteza del globo, y principalmente aquella cuya explotación ofrece interés; o la parte útil de una explotación minera.
Em tratamento de minérios, o importante é entender que o mineral extraído (ROM) e que será beneficiado, está composto por dois tipos de materiais: um que tem valor e outro que não tem valor.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
MATERIAL ÚTIL = *CONCENTRADO (MINERAL)ROM MATERIAL INÚTIL = **GANGA
*CONCENTRADO: Materia que acompaña a los minerales y que se separa de ellos como útil.
**GANGA: Materia que acompaña a los minerales y que se separa de ellos como inútil.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
MATERIAL ÚTIL = CONCENTRADO (MINERAL)ROM MATERIAL INÚTIL = *GANGA
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ROM(A+B)
GANGA(B)
CONCENTRADO(A)
Figura 2- Concentração de minerais
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Minerais metálicos: a forma como se encontram na natureza depende da reatividade que apresentem com o ambiente, particularmente com o oxigênio, enxofre e dióxido de carbono.
Metais:- ouro e platina são encontrados principalmente na forma nativa
(metálica) ou na forma de ligas metálicas (electrum),- Prata, cobre e mercúrio são encontrados tanto na forma nativa
como na forma de compostos com enxofre (sulfetos, sulfatos, etc), com cloro (cloretos), com carbono e oxigênio (carbonatos),
- metais mais reativos são sempre encontrados na natureza na forma de compostos, como por exemplo: os óxidos e sulfetos de ferro, os óxidos e silicatos de alumínio e berílio.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Nome1. Calcopirita2. Pirita3. Bornita (sulfeto misto)4. Galena5. Blenda ou esfalerita6. Malaquita7. Azurita8. Crisocola9. Hematita10. Magnetita
Fórmula mínima1. CuFeS2
2. FeS2
3. Cu5FeS4
4. PbS5. ZnS6. Cu2CO3(OH)
7. Cu3(CO3)2(OH)2
8. CuSiO3 - nH2O
9. Fe2O3
10. Fe3O4UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
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Minerais - Exemplos
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Isomorfismo
O mineral “Olivina”, porexemplo, tem a composiçãoquímica (Mg,Fe)2SiO4, mas a
relação entre os átomos demagnésio e os de ferro évariável para distintas “olivinas”.Entretanto, para qualquer olivina a relação abaixo é constante. No.total átomos (Fe+Mg)/No.total
átomos(Si+O)
Minerais - Exemplos
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
PolimorfismoGrafite e diamanteSão dois minerais que apresentam exatamente a mesma composição. Ambos são compostos de átomos de carbono, mas com propriedades distintas devido ao arranjo distinto destes átomos na estrutura cristalina.
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Minerais - Exemplos
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minériosCarvão: rocha sedimentar combustível, formada a partir de restos vegetais que se encontram em diferentes estados de conservação, tendo sofrido soterramento, seguido de compactação.Litotipos do carvão: designa as diferentes bandas reconhecidas macroscopicamente nas camadas de carvão (vitrênio, clarênio, durênio e o fusênio).Macerais do carvão: são os constituintes individuais do carvão reconhecidos microscopicamente, podendo ocorrer sozinho ou em associações; exemplos: grupo da vitrinita (telinita, gelinita); grupo da liptinita (exinita, alginita); grupo da inertinita (fusinita, micrinita).Rank do carvão: turfa, linhito, sub-betuminoso, betuminoso, antracito.Observação: Carvão, talco, argilas, granitos, etc. não são minerais no sentido exato da palavra. São, na verdades, rochas. Entretanto, são considerados como bens minerais.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Minérios de valor econômico podem ser classificados como metálicos e não metálicos, de acordo com o uso do mineral.
Exemplo típico é a bauxita (óxido de alumínio hidratado).
Metálico Alumínio metálico.
Não metal Tijolos refratários.
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+
bauxita produção Metal Refratário
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
O processamento mineral segue a lavra e prepara o material para a extração do valor metálico – no caso de bens metálicos, ou produz um produto comercial como no caso do carvão e dos agregados usados na construção civil.
As operações unitárias envolvidas são sempre de natureza física (embora ocorram reações de natureza físico-química na flotação e nas operações de separação S/L). Isto significa que a estrutura cristalina de qualquer mineral não é alterada.
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ROMmineral de cobre
(CuFeS2)
Tratamentomineral
Concentrado mineral de cobre
(CuFeS2)
Rejeitomineral de cobre
(CuFeS2)
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Objetivos principais são: As operações “chave” são:
1) LIBERAÇÃO COMINUIÇÃO
2) SEPARAÇÃO CONCENTRAÇÃO
Necessariamente nesta ordem !!UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
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ROMmineral de cobre
(CuFeS2)
Tratamentomineral
Concentrado mineral de cobre
(CuFeS2)
Rejeitomineral de cobre
(CuFeS2)
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
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Liberação é obtida através da cominuição.
Cominuição envolve a quebra ou trituração do sólido particulado e é realizada em duas etapas: britagem e moagem.
Mineral não liberado Mineral liberado(suficiente)
Partícula mista
Partícula totalmente liberada
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A separação entre os dois tipos de sólido (útil e inútil) já liberados é obtida através de distintas operações de concentração.
Métodos mais importantes para concentrar minerais são baseados:
- na diferença de densidades entre o mineral útil e os de ganga Gravimetria (DMS).- em diferenças físico-químicas entre o mineral útil e os de ganga Flotação.- em diferenças magnéticas entre o mineral útil e os de ganga Separação magnética.- em diferenças na condutividade elétrica entre o mineral útil e os minerais de ganga Separação eletrostática.- em diferenças entre propriedades ópticas Cata ou seleção.
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Fluxogramas usados no tratamento de minérios
SIMPLES (de blocos) SIMPLES (de linhas) COMPLEXOS
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Custos das operações de tratamentoExemplo: planta para 100 000 t/dia de mineral de cobre (B.A. Wills)
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Eficiência das operações de processamento mineral
depende, principalmente:
LIBERAÇÃO
CONCENTRAÇÃO
Mas o que vale mesmo é a eficiência econômica !!
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Figura 3- Mineral de valor aprisionado na ganga
Liberação total raramente é usada na prática, pois a moagem é uma operação muito cara e ocorre sobre-moagem (principalmente da ganga recobrimento por lamas ou slime coating). O que se procura é o “MOG” – tamanho no qual se obtêm a melhor recuperação econômica; é determinado experimentalmente.
Se triturarmos o sólido como mostrado na fig.3, teremos vários cubos completamente brancos mas o mineral útil (negro) ainda se apresentará como “mistos” ou middlings.
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Figura 4- Secção transversal : partícula mineral e produtos da moagem
Liberação é um dilema freqüente no processamento mineral. Partículas do tipo 1 podem ser consideradas como “concentrado” mas irão limitar o teor deste, enquanto as partículas do tipo 4 podem ser consideradas como “rejeito”, mas irão limitar a recuperação do processo de beneficiamento. Partículas do tipo 2 e 3 são middlings.
Na fig. 4 ,a região A representa o mineral de valor e região AA é rica no mineral de valor, mas ocorre intercrescimento entre o mineral e a ganga.
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A liberação de minérios de baixo teor pode ser um problema e para contorná-lo se mostra na fig. 5 um esquema usado no processamento, onde a ganga liberada em tamanhos grosseiros já é descartada. Assim os custos de moagem são reduzidos, já que a ganga que não precisa mais ser moída está excluída do sistema. Observar que o “tamanho” dos moinhos também serão menores.
Figura 5- Fluxograma de processo usando dois estágios de separação
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Figura 6- Imagem de MLA mostrando os grãos dos diversos minerais em minério de Cu-Au. Partículas entre 100-200 micra. Estas imagens são em geral apresentadas em cores “falsas”, onde cada cor assinala um mineral ou uma classe de mineral, como mostrado à esquerda.
E para terminar com a liberação...
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Figura 7-Intervalo de aplicação de técnicas convencionais no processamento de minerais.
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Figura 8- Planta de processamento mineral.
ALIMENTAÇÃO CONCENTRADOTratamento
mineral
REJEITO
A planta de tratamento será considerada uma “black box”; pode até ter todos as técnicas de processamento mostrados na fig. 7. O certo é que o objetivo é sempre o mesmo: SEPARAR o mineral da ALIMENTAÇÃO em dois ou mais produtos: material útil vai para o CONCENTRADO e a ganga vai para o REJEITO.
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Figura 9- Correntes principais em uma planta de processamento mineral.
ALIMENTAÇÃO (A) CONCENTRADO (C)Tratamento
mineral
REJEITO (R)
PARÂMETROS DE MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL
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A, a C,cP.T.
R,r
MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL
Definições importantes:
1a. TEOR se refere ao conteúdo do material de valor (M.V.) nas diversas correntes (ou produtos) que compõem um circuito de beneficiamento. É o parâmetro que mede a qualidade de qualquer corrente de um processo, circuito ou planta de tratamento.Obs: teores são expressos em base seca.
massa do M.V. em uma dada correntemassa total (M.V. + ganga) da mesma
corrente
Teor (%) = x 100
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A, a C,cP.T.
R,r
MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL
Definições importantes:
2a. RECUPERAÇÃO mede a efetividade do processo de separação/concentração usado.
É o parâmetro mais usado para expressar a eficiência de uma planta de tratamento mineral.
Obs 1: RECUPERAÇÃO da(s) corrente(s) de Rejeito [R] recebe o nome de PERDA(S).
massa do M.V. na corrente Cmassa do M.V. na corrente A
Rec (%) = x 100
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MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL
Definições importantes:
Obs 2: Recuperação pode ser definida para todas as correntes de um processo, circuito ou planta de beneficiamento, e mostra como a quantidade de material de valor se distribui nas diversas correntes que formam o processo. Quando se avalia a recuperação para muitas correntes de uma processo, esta é chamada de DISTRIBUIÇÃO.
massa do M.V. na corrente Cnmassa do M.V. na corrente A
Dist (%) = x 100
A, a C2,c2P.T.
R1,r1
C3,c3
C1,c1
R2,r2R3,r3
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A, a C,cP.T.
R,r
MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL
Outros parâmetros e suas definições
RAZÃO DE CONCENTRAÇÃO (K): Toneladas de alimentação (A) necessárias para se produzir uma tonelada de concentrado (C).
RAZÃO DE ENRIQUECIMENTO (E): Razão entre o teor do concentrado (c) e o teor da alimentação (a).
ÍNDICE DE SCHULZ OU EFICIÊNCIA DE SEPARAÇÃO (SE)
SE = Rm-Rg
onde: Rm = Recuperação (%) do mineral de valor na corrente do Concentrado Rg = Recuperação (%) da ganga na corrente do Concentrado
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A, a C,cP.T.
R,r
MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL
Sejam:A = vazão mássica de sólido seco na corrente de alimentação, (t/h)
a = teor do material de valor na corrente de alimentação, (%)
C = vazão mássica de sólido seco na corrente de concentrado, (t/h)
c = teor do material de valor na corrente de concentrado, (%)
R = vazão mássica de sólido seco na corrente de rejeito, (t/h)
r = teor do material de valor na corrente de rejeito, (%)
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A, a C,cP.T.
R,r
BALANÇO DE MASSA E METALÚRGICO
Na planta mostrada temos:
A.a = massa de material de valor em A, (t/h)
C.c= massa de material de valor em C, (t/h)
R.r = massa de material de valor em R, (t/h)
Rec = [(C.c)/(A.a)].100, (%)
Perda = [(R.r)/(A.a)].100, (%)
Rec + Perda (%) = 100 ??? Qual o significado disto ?
Ou ainda, aplicando a definição de recuperação para a corrente de alimentação temos:
Rec|A = [(A.a)/(A.a)].100 = 100%
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A, a C,cP.T.
R,r
BALANÇO DE MASSA E METALÚRGICO
O balanço de massa é realizado com a seguinte base: tudo o que entra no volume de controle menos o que sai do volume de controle é o acumulado no volume de controle (no caso a P.T .).
Entrada – Saída = Acumulado, mas se o acumulado for nulo, então temos:E – S = 0 ou E = STransportando para a P.T. temos:
A = C + R Balanço de massa (BM), (t/h)
Balanço metalúrgico (BMet)
A.a = C.c + R.r isto é a massa de MV em cada corrente. Rec = (C.c)/(A.a)Perda = (1 – Rec)K = A/CE = c/a
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A, a C,cP.T.
R,r
BALANÇO DE MASSA E METALÚRGICO
Com base no BM, no BMet e na definição de Rec deduzir a “famosa” fórmula dos dois produtos.
A = C + R Balanço de massa (BM), (t/h)
A.a = C.c + R.r Balanço metalúrgico (BMet)
Rec % = [(C.c)/(A.a)].100
Rec % = ???
Dica: só podem aparecer os teores “a”, “c’”e “r”.
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CURVA TEOR VERSUS RECUPERAÇÃO
A eficiência metalúrgica de qualquer operação de concentração pode ser expressa por uma curva que mostra a recuperação possível de ser obtida para qualquer valor de concentrado. Esta curva também é chamada de curva de seletividade e sua forma típica, mostrando a relação inversa entre recuperação e teor é mostrada na fig.10Figura 10- Curva de seletividade
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CURVA TEOR VERSUS RECUPERAÇÃO
O objetivo da concentração é maximizar a recuperação e o enriquecimento, mas isto é impossível de ser obtido ao mesmo tempo. Não obstante,o teor do concentrado e a recuperação, usados simultaneamente, são as medidas mais aceitas para acessar a performance metalúrgica (não econômica) de um processo de beneficiamento!Figura 10- Curva de seletividade
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HORA DOS ESTUDANTES TRABALHAREM