leandra carla aparecida cordeiro caracterizaÇÃo de …‡Ão... · caracterização de rejeito de...

LEANDRA CARLA APARECIDA CORDEIRO

CARACTERIZAÇÃO DE REJEITO DE BENEFICIAMENTO DE MINÉRIO DE

FERRO EM FAIXAS ULTRAFINAS ANTES E APÓS TRATAMENTO TÉRMICO.

OURO PRETO

2014

UFOP - CETEC - UEMG

REDEMAT REDE TEMÁTICA EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

UFOP – CETEC – UEMG

UFOP - CETEC - UEMG

REDEMATREDE TEMÁTICA EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

UFOP – CETEC – UEMG

LEANDRA CARLA APARECIDA CORDEIRO

CARACTERIZAÇÃO DE REJEITO DE BENEFICIAMENTO DE MINÉRIO DE

FERRO EM FAIXAS ULTRAFINAS ANTES E APÓS TRATAMENTO TÉRMICO

Dissertação apresentada ao Curso de Pós-graduação em Engenharia de Materiais/Redemat, Universidade Federal de Ouro Preto, como requisito para a obtenção do título de Mestre em Engenharia de Materiais.

Orientador: Prof. Dr. Fernando Gabriel da Silva Araújo

Co-orientador: Prof. Msc. Jefferson Januário Mendes

OURO PRETO

2014

Catalogação: [email protected]

C794c Cordeiro, Leandra Carla Aparecida.

Caracterização de rejeito de beneficiamento de minério de ferro em faixas

ultrafinas antes e após tratamento térmico [manuscrito] / Leandra Carla Aparecida

Cordeiro – 2014.

117f.: il. color.; grafs.; tabs.; mapas.

Orientador: Prof. Dr. Fernando Gabriel Silva Araújo.

Co-orientador: Prof. Msc. Jefferson Januário Mendes.

Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de

Minas. Rede Temática em Engenharia de Materiais.

Área de concentração: Análise e Seleção de Materiais.

1. Beneficiamento de minério - Teses. 2. Resíduos - Teses. 3. Minérios de ferro

- Teses. I. Araújo, Fernando Gabriel Silva. II. Mendes, Jefferson Januário. III.

Universidade Federal de Ouro Preto. IV. Título.

CDU: 622.341:628.4.038

CDU: 669.162.16

mailto:[email protected]

Aos meus pais, Renê e Marlene, a eles todos os créditos...

Dedico

AGRADECIMENTOS

Agradeço primeiramente a Deus por me proporcionar força e sabedoria, às pessoas e

instituições que contribuíram para que este trabalho fosse realizado:

Ao Prof. Fernando Gabriel, meu orientador, pela atenção, pelo acompanhamento,

sugestões e apoio dedicados.

Ao Prof. Jefferson Mendes, meu co-orientador, pela atenção, acompanhamento e

dedicação a mim oferecida.

Ao meu noivo, Leandro Amaral pela paciência, carinho, incentivo e confiança.

A amiga Natália Zinato, pelo companheirismo e colaboração na obtenção de

alguns resultados.

A amiga Josiane Simões pelo carinho e companheirismo desde a graduação, que

continuou no mestrado.

À Fundação Gorceix, pelo apoio oferecido para realização dos ensaios de

separação granulométrica e análise mineralógica. Também devo agradecer ao

apoio oferecido durante o tempo em que trabalhei no Depetro/FG, que tornou

possível a conciliação de minhas atividades profissionais e acadêmicas.

A Prof.ª Kátia Novak do Departamento de Química da UFOP, pelas análises

térmicas.

A Prof.ª Angélica do Departamento de Geologia da UFOP e aos técnicos do

laboratório de Difração de raios X pelas análises realizadas.

Ao Prof. Fernando Kruger pelo apoio, atenção e pelos resultados obtidos da

separação granulométrica.

À técnica da FG, Ana Paula, pela colaboração e disponibilidade nos ensaios de

separação granulométrica.

Ao Prof Adilson por ceder o laboratório durante os testes iniciais e pela atenção.

Ao Prof. Cesar Mendonça, aos técnicos e estagiários do laboratório de mineralogia

do CT³/FG, pelas análises mineralógicas.

Sumário

LISTA DE FIGURAS ............................................................................................................ ii

LISTA DE TABELAS .......................................................................................................... viii

LISTA DE ABREVIATURAS ................................................................................................. ix

RESUMO ............................................................................................................................ x

ABSTRACT ........................................................................................................................ xi

1 INTRODUÇÃO ................................................................................................................. 12

2 OBJETIVOS ..................................................................................................................... 13

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ............................................................................................... 14

3.1 Recursos minerais..................................................................................................... 14

3.2 Mineração no Brasil .................................................................................................. 14

3.3 Quadrilátero Ferrífero .............................................................................................. 18

3.4 Minério de Ferro....................................................................................................... 19

3.4.1 Estrutura dos minerais de ferro ...................................................................... 20

3.4.2 Mineralogia ..................................................................................................... 21

3.4.2.1 Magnetita .............................................................................................. 22

3.4.2.2 Hematita ................................................................................................ 22

3.4.2.3 Goethita ................................................................................................. 23

3.4.2.4 Limonita ................................................................................................. 24

3.4.2.5 Quartzo .................................................................................................. 25

3.4.2.6 Caulinita ................................................................................................. 26

3.5 Beneficiamento de Minério de Ferro ....................................................................... 26

3.5.1 Fragmentação ................................................................................................. 27

3.5.2 Classificação .................................................................................................... 28

3.5.3 Concentração .................................................................................................. 29

3.6 Rejeitos na Mineração .............................................................................................. 31

3.7 Barragens de Rejeitos ............................................................................................... 33

3.8 Técnicas e métodos instrumentais de caracterização ............................................. 35

3.8.1 Separação granulométrica .............................................................................. 35

3.8.2 Tratamento térmico ........................................................................................ 36

3.8.3 Análise Mineralógica ....................................................................................... 38

3.8.4 Análise química ............................................................................................... 39

3.8.4.1 Espectrometria de Fluorescência de raios X ......................................... 39

3.8.5 Análise Térmica ............................................................................................... 41

3.8.5.1 Termogravimetria - TGA ....................................................................... 41

3.8.6 Difração de Raios X ........................................................................................ 43

3.8.7 Comportamento magnético .......................................................................... 44

4 METODOLOGIA .............................................................................................................. 45

4.1 Amostras estudadas ................................................................................................. 45

4.2 Preparação das amostras ......................................................................................... 45

4.2.1 Separação granulométrica via cyclosizer ........................................................ 45

4.2.2 Tratamento térmico ........................................................................................ 46

4.3 Estudos de Caracterização ....................................................................................... 47

4.3.1 Análise Mineralógica ....................................................................................... 47

4.3.2 Análise química ............................................................................................... 48

4.3.3 Análise térmica ............................................................................................... 49

4.3.4 Difração de Raios X ......................................................................................... 49

4.3.5 Análise magnética ........................................................................................... 49

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES .......................................................................................... 51

5.1 Amostras tratadas .................................................................................................... 51

5.2 Amostra A antes do tratamento térmico................................................................. 51


5.2.2 Análise mineralógica ....................................................................................... 52

5.2.3 Análise química ............................................................................................... 59

5.2.4 Difração de raios X .......................................................................................... 61

5.2.5 Análise térmica ............................................................................................... 66

5.3 Amostra B antes do tratamento térmico ................................................................. 71


5.3.2 Análise mineralógica ....................................................................................... 71

5.3.3 Análise química ............................................................................................... 78


5.3.5 Análise térmica ............................................................................................... 85

5.4 Amostra A após o tratamento térmico .................................................................... 90

5.4.1 Análise química ............................................................................................... 90


5.5 Amostra B após o tratamento térmico .................................................................... 97

5.5.1 Análise química ............................................................................................... 97


5.6 Análise magnética .................................................................................................. 104

5.7 Discussões .............................................................................................................. 107

6 CONCLUSÕES ............................................................................................................... 111

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS................................................................... 112

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................................... 113

9 PUBLICAÇÕES DA AUTORA RELACIONADOS AO TRABALHO ..................................... 117

ii

Lista de Figuras

Figura 3.1: Companhias mineradoras no Brasil (Fonte DNPM – 2012) ...................... 16

Figura 3.2: Evolução do valor energético mineral brasileiro em bilhões de dólares .... 16

Figura 3.3: Balança mineral brasileira, exportações e importações, (%) do valor em

dólares ........................................................................................................................ 17

Figura 3.4: Produção de minério, em bilhões de toneladas ........................................ 17

Figura 3.5: Localização do quadrilátero ferrífero ........................................................ 19

Figura 3.6: Estrutura cristalina dos minerais de ferro. (a) Magnetita; (b) Hematita; (c)

Goethita; (d) Siderita e (e) Pirita ................................................................................. 21

Figura 3.7: Estrutura cristalina da magnetita e exemplo do mineral encontrado na

natureza ..................................................................................................................... 22

Figura 3.8: Estrutura cristalina da hematita e exemplo do mineral encontrado na

natureza ..................................................................................................................... 23


natureza ..................................................................................................................... 24

Figura 3.10: Limonita mineral, encontrada na natureza ............................................. 25

Figura 3.11: Estrutura cristalina e exemplo de quartzo .............................................. 25

Figura 3.12: Estrutura cristalina e exemplo da caulinita ............................................ 26

Figura 3.13: Diagrama típico do beneficiamento de minério de Ferro ....................... 27

Figura 3.14: Á esquerda um britador de mandíbulas e á direita um moinhos de bolas

................................................................................................................................... 28

Figura 3.15: Equipamentos utilizados na classificação. (A) Peneira vibratória, (B)

classificador espiral, (C) hidrociclone e (D) conjunto de hidrociclones ....................... 29

Figura 3.16: Equipamentos utilizados no processo de concentração. (A) célula de

flotação (modelo de laboratório), (B) mesa vibratória e (C) jigue ............................... 31

Figura 3.17: Rejeito depositado em barragem situada no Quadrilátero Ferrífero ...... 31

Figura 3.18: Produção de rejeitos no decênio 1996-2005 .......................................... 33

Figura 3.19: Barragem de rejeito situada em Serra Azul, Itaúna/MG ......................... 34

Figura 3.20: Desenho esquemático do circuito do cicloclassificador ......................... 36

iii

Figura 3.21: Desenho esquemático dos métodos WD-XRF e ED-XRF. ..................... 39

Figura 3.22: Esquema do difratômetro de raios X por dispersão de comprimento de

onda .......................................................................................................................... 40

Figura 3.23: Esquema do espectrômetro de raios X por dispersão de energia........... 41

Figura 3.24: Curvas típicas de TGA e sua derivada (DTG) ........................................ 42

Figura 3.25: Desenho detalhado do equipamento de TGA......................................... 42

Figura 3.26: Esquema representativo da lei de Bragg ............................................... 43

Figura 3.27: Magnetismo atômico: (a) diamagnético. (b) magnético .......................... 44

Figura 3.28: Alinhamento de domínios. Um campo magnético externo pode alinhar os

domínios ferromagnéticos. Quando os domínios estão alinhados, o material está

magnetizado. .............................................................................................................. 45

Figura 4.1: Cicloclassificador utilizado na separação granulométrica, localizado no

CT3/Fundação Gorceix ............................................................................................... 46

Figura 4.3: Amostras submetidas ao tratamento térmico .......................................... 46

Figura 4.4: Forno mufla utilizado no tratamento térmico localizado no DEFIS/UFOP 47

Figura 4.5: Pastilhas utilizadas para a análise mineralógica ..................................... 47

Figura 4.6: Microscópio ótico utilizado na análise mineralógica ................................ 48

Figura 4.7: Espectrômetro de raios X por energia dispersiva SHIMADZU EDX-720 .. 48

Figura 4.8: Difratômetro de raios X utilizado neste trabalho ...................................... 49

Figura 4.9: Arranjo utilizado para a pesagem das amostras: (a) pesagem sem o imã e

(b) pesagem como imã ............................................................................................... 50

Figura 5.1: Gráfico de colunas da distribuição dos minerais por faixa, da Amostra A . 53

Figura 5.2: Imagem de microscopia óptica referente à faixa granulométrica que

abrange os minerais acima de 32 μm (Amostra A) ..................................................... 54

Figura 5.3: Gráfico da distribuição dos minerais presentes na amostra retida em faixas

acima de 32μm (Amostra A) ....................................................................................... 54

Figura 5.4: Imagem de microscopia óptica referente à faixa granulométrica entre 32 e

20 μm (Amostra A) ...................................................................................................... 55

iv

Figura 5.5: Gráfico da distribuição dos minerais presentes na amostra retida entre 32

e 20 μm (Amostra A) ................................................................................................... 55

Figura 5.6: Imagem de microscopia referente à faixa granulométrica entre 20 e 15 μm

(Amostra A) ................................................................................................................ 56


e 15 μm (Amostra A) ................................................................................................... 56


(Amostra A) ................................................................................................................ 57


e 7 μm (Amostra A) ..................................................................................................... 57


(Amostra A) ................................................................................................................ 58


e 4 μm (Amostra A) ..................................................................................................... 58

Figura 5.12: Gráfico baseado nos resultados de EDX para Amostra B antes do

tratamento térmico por faixa granulométrica .............................................................. 59

Figura 5.13: Gráfico do comportamento da concentração de hematita com a

diminuição da granulometria ...................................................................................... 60

Figura 5.14: Gráfico do comportamento da concentração de sílica com a diminuição

da granulometria ........................................................................................................ 60

Figura 5.15: Difratograma de raios X, antes do tratamento térmico, da amostra A

retida em faixas acima de 32μm ................................................................................ 61


retida na faixa entre 32 e 20 μm ................................................................................ 62


retida na faixa entre 20 e 15μm ................................................................................. 63


retida na faixa entre15 e 7 μm ................................................................................... 64


retida na faixa entre 7 e 4 μm .................................................................................... 65

Figura 5.20: Curva de TGA-DTA da Amostra A, retida em faixas acima de 32μm .... 66

Figura 5.21: Curva de TGA-DTA da Amostra A, retida entre 32 e 20 μm .................. 67

v

Figura 5.22: Curva de TGA-DTA da Amostra A, retida entre 20 e 15 μm .................. 68

Figura 5.23: Curva de TGA-DTA da Amostra A, retida entre 15 e 7 μm .................... 69

Figura 5.24: Curva de TGA-DTA da Amostra A, retida entre 7 e 4 μm ...................... 70

Figura 5.25: Gráfico da distribuição dos minerais por faixa da Amostra B ................. 72


abrange os minerais acima de 32 μm (Amostra B) ..................................................... 73

Figura 5.27: Gráfico da distribuição dos minerais presentes na amostra acima de 32

μm (Amostra B) .......................................................................................................... 73


20 μm (Amostra B) ...................................................................................................... 74


e 20 μm (Amostra B) ................................................................................................... 74

Figura 5.30: Imagem de microscopia referente à faixa granulométrica entre 20 e 15

μm (Amostra B) .......................................................................................................... 75


e 15 μm (Amostra B) ................................................................................................... 75


(Amostra B) ................................................................................................................ 76


e 7 μm (Amostra B) ..................................................................................................... 76


(Amostra B) ................................................................................................................ 77


e 4 μm (Amostra B) ..................................................................................................... 77

Figura 5.36: Gráfico baseado nos resultados de EDX para Amostra B antes do






Figura 5.39: Difratograma de raios X, antes do tratamento térmico, da amostra B


vi






retida na faixa entre 15 e 7 μm .................................................................................. 83



Figura 5.44: Curva de TGA-DTA da Amostra B, retida em faixas acima de 32μm .... 85

Figura 5.45: Curva de TGA-DTA da Amostra B, retida entre 32 e 20 μm .................. 86

Figura 5.46: Curva de TGA-DTA da Amostra B, retida entre 20 e 15 μm .................. 87

Figura 5.47: Curva de TGA-DTA da Amostra B, retida entre 15 e 7 μm .................... 88

Figura 5.48: Curva de TGA-DTA da Amostra B, retida entre 7 e 4 μm ...................... 89

Figura 5.49: Gráfico baseados nos resultados de EDX para Amostra A após




Figura 5.51: Gráfico do comportamento da concentração de silica com a diminuição

da granulometria. ........................................................................................................ 91

Figura 5.52: Difratograma de raios X, depois do tratamento térmico, da amostra A










Figura 5.57: Gráfico baseado nos resultados de EDX para Amostra B após o


vii

Figura 5.58: Gráfico do comportamento da concentração da hematita com a


Figura 5.59: Gráfico do comportamento da concentração da sílica com a diminuição


Figura 5.60: Difratograma de raios X, depois do tratamento térmico, da amostra B



retida na faixa entre 32 e 20 μm .............................................................................. 100


retida na faixa entre 20 e 15μm ............................................................................... 101





Figura 5.65: Gráfico da força magnética específica para a amostra A ..................... 105

Figura 5.66: Gráfico da força magnética específica para a amostra B ..................... 106

viii

Lista de Tabelas

Tabela 3.1: Principais minerais de ferro e suas classes ............................................. 20

Tabela 5.1: Resultados obtidos da separação granulométrica da Amostra A ............. 49

Tabela 5.2: Distribuição em volume dos minerais presentes na amostra A ................ 50

Tabela 5.3: Resultados de EDX para Amostra A antes tratamento térmico por faixa

granulométrica ............................................................................................................ 56

Tabela 5.4: Resultados obtidos da separação granulométrica da Amostra B ............. 68

Tabela 5.5: Distribuição em volume dos minerais presentes na Amostra B ................ 69

Tabela 5.6: Resultados de EDX para Amostra B antes tratamento térmico por faixa

granulométrica ........................................................................................................... 75

Tabela 5.7: Resultados de EDX para Amostra A após tratamento térmico por faixa

granulométrica ........................................................................................................... 87

Tabela 5.8: Resultados de EDX para Amostra B após tratamento térmico por faixa

granulométrica ............................................................................................................ 94

Tabela 5.9: Força magnética específica para a amostra A antes do tratamento

térmico... ................................................................................................................... 104

Tabela 5.10: Força magnética específica para a amostra A depois do tratamento

térmico ...................................................................................................................... 104

Tabela 5.11: Força magnética específica para a amostra B antes do tratamento

térmico ...................................................................................................................... 105

Tabela 5.12: Força magnética específica para a amostra B depois do tratamento

térmico ...................................................................................................................... 106

ix

Lista de abreviaturas

TGA - Thermal Gravimetric Analysis

IBRAM – Instituto Brasileiro de Mineração

DNPM – Departamento Nacional de Produção Mineral

PMB – Produção Mineral Brasileira

UNCTAD - Conferência das Nações Unidas para o Comércio e o Desenvolvimento

PIB – Produto interno bruto

CCC – Cúbico de corpo centrado

CFC – Cúbico de face centrado

WD-XRF - Wavelength Dispersive X-ray Fluorescence ED-XRF - - Energy dispersive x-ray Fluorescence

DTG - Derivative Thermogravimetric Analysis

IUPAC - International Union of Pure and Applied Chemistry

CT3 - Centro de Treinamento e Transferência de Tecnologia

DEFIS – Departamento de Física

UFOP – Universidade Federal de Ouro Preto

EDX - Energy dispersive x-ray

ICEB – Instituto de Ciências Exatas e Biológicas

DRX – Difração de raios X

QF – Quadrilátero Ferrífero

x

RESUMO

Devido ao crescimento populacional e a busca por novas tecnologias, ocorre um

aumento na demanda e exploração de bens naturais como, por exemplo, o minério de

ferro que durante o seu processo de beneficiamento acaba gerando grandes volumes

de rejeitos. Os rejeitos gerados na mineração acabam causando muitas discursões

devido aos problemas ambientais que ocorrem nas regiões onde ocorrem as

atividades minerárias. Buscando oferecer alternativas para diminuir o volume de

materiais depositados nas barragens, a partir de melhoria nos processos de

concentração, é realizado o estudo destes materiais através de sua caracterização,

com o objetivo de promover a maior recuperação do minério de ferro presentes nos

rejeitos através do seu reprocessamento.

As técnicas de caracterização aplicadas neste estudo permitiram a identificação dos

minerais presentes e a determinação de suas concentrações. Também foi feita a

avaliação do comportamento destes materiais quando submetidos a uma alta variação

de temperatura.

Foram estudadas amostras de rejeitos gerados no processo de beneficiamento de

minério de ferro, realizado por duas empresas distintas. Cada amostra foi dividida em

faixas granulométricas e posteriormente submetidas a um tratamento térmico. As

técnicas de caracterização utilizadas foram: análise mineralógica, microscopia óptica,

análise química por fluorescência de raios X, análise termogravimétrica e difração de

raios X.

Os resultados obtidos através das técnicas de caracterização utilizadas mostraram

que as amostras possuem composição mineralógica semelhante, tendo como

principais minerais a hematita, quartzo, ghoetita e minerais argilosos, como a caulinita.

Quanto ao tratamento térmico realizado neste trabalho não foi possível obter grandes

alterações na composição cristalina das amostras, mas foram verificados em alguns

casos a decomposição térmica de alguns minerais presentes nas amostras, como por

exemplo, a caulinita, talco e ghoetita.

xi

ABSTRACT

Due to population growth and the search for new technologies, there is an increase in

demand and exploitation of natural resources such as the iron ore, which during its

beneficiation process, eventually generates large volumes of waste. The waste

generated in mining generates many discursões due to environmental problems that

occur in regions where the mining activities occur. Seeking to provide alternatives to

reduce the volume of material deposited in dams, to improvement in merger cases,

studies of these materials is accomplished through characterization, with the aim of

promoting greater recovery of iron ore present in the tailings through its reprocessing.

The characterization techniques applied in this study allowed the identification of

minerals present and determination of their concentrations. Also made the evaluation

the behavior of these materials when subjected to a high temperature variation.

Samples of waste generated in the iron ore beneficiation process performed by two

separate companies were studied. Each sample was divided into particle size ranges

and subsequently subjected to a heat treatment. The characterization techniques

employed were: mineralogical analysis, optical microscopy, chemical analysis by

fluorescence X-ray, thermal analysis and X-ray diffraction.

The results obtained from the characterization techniques used showed that the

samples have similar mineralogical composition, having as the main minerals hematite,

quartz, clay, ghoetita and kaolinite. About the heat treatment carried out in this work it

was not possible to obtain large changes in the crystalline composition of the samples,

but were observed in some cases the thermal decomposition of some minerals present

in samples, such as kaolinite, talc and ghoetita.

12

1 INTRODUÇÃO

A produção mineral vem tendo um grande crescimento, promovido pela abertura de

novas fronteiras e da aplicação intensiva de novas tecnologias. A mineração está no

centro de constantes conflitos entre as necessidades de preservação do meio

ambiente e o desenvolvimento econômico, em que podemos citar como exemplo o

problema que existe em torno das barragens de rejeitos, que tem provocado grandes

impactos ambientais.

Buscando solucionar este problema, algumas empresas de mineração investem no

desenvolvimento de novas tecnologias que buscam melhorar as técnicas de

processamento mineral com o objetivo de reprocessar os rejeitos gerados, que em

muitos casos são enviados para as barragens contendo ainda um teor significativo de

minerais de interesse. A recuperação dos minerais de interesse contidos nos rejeitos

contribui diretamente para a redução dos problemas ambientais gerados pelas

barragens e contribui para a atividade econômica das empresas, ao conseguirem

aumentar a produção.

Geralmente os minerais com valor econômico se encontram no rejeito em

granulometrias muito finas, o que dificulta a sua recuperação devido a limitações dos

processos convencionais. Uma alternativa para recuperar os minerais de ferro seria o

desenvolvimento de uma técnica de reprocessamento do rejeito, que permite a captura

de partículas ultrafinas.

Buscando aproveitar minerais de ferro contidos nos rejeitos gerados no processo de

beneficiamento, este trabalho foi desenvolvido com o intuito de caracterizar os rejeitos

contidos em barragens do Quadrilátero Ferrífero antes e depois de passarem por

tratamentos térmicos, obtendo informações que colaborem para o desenvolvimento de

novas técnicas que possibilitem o reprocessamento de rejeitos, e que implicam na

extração do ferro presente nestes materiais.

13

2 OBJETIVO

Geral

Caracterizar rejeitos gerados no processo de beneficiamento de minério de ferro,

antes e após tratamentos térmicos, e relacionar suas características mineralógicas e

estruturais.

Específicos:

1. Caracterizar as amostras de rejeitos de beneficiamento minério de ferro por faixa

granulométrica, através de análise mineralógica, analise química por fluorescência de

raios X, termogravimétrica (TGA) e difração de raios X.

2. Avaliar as fases minerais presentes em cada faixa granulométrica;

3. Avaliar o comportamento destes materiais quando submetidos a tratamentos

térmicos.

14

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 Recursos minerais

Caracteriza-se como mineral todo corpo inorgânico de composição química e de

propriedades físicas definidas, encontrado na crosta terrestre. Toda rocha, constituída

por um mineral ou agregado de minerais, contendo um ou mais minerais com valor

econômico recebe o nome de minério. Esses minerais valiosos, aproveitados como

bens úteis, são chamados de minerais-minérios (DANA 1976).

Os recursos minerais englobam materiais rochosos que podem ser utilizados pelo

homem. A reserva mineral representa um determinado volume de rochas com

características próprias, passível de aproveitamento econômico. O conjunto de

operações coordenadas para o aproveitamento do material da jazida recebe o nome

de lavra. A mina vem a ser a jazida mineral em lavra e pode ser classificada como céu

aberto, subterrânea ou mista. A lavra pode ser executada de modo artesanal, como

nos garimpos, ou realizada mecanicamente e em grande escala como nas minerações

(MACHADO, 2007).

O minério extraído passa por um conjunto de operações que chamamos de tratamento

ou beneficiamento, que tem como objetivo alterar algumas características como a

granulometria ou a concentração relativa das espécies minerais presentes, sem

modificar as propriedades químicas ou físicas dos minerais. No beneficiamento é

separado o minério de interesse econômico dos outros minerais e agregados, e a

parte que não possui valor econômico significativo é chamada de rejeito. Geralmente

estes rejeitos são depositados em barragens ainda com um teor significativo de

minerais de interesse. Diante deste fato, vêm sendo realizados diversos estudos que

visam reaproveitar as fases minerais que podem estar presentes nos rejeitos,

buscando diminuir o volume de material depositado nas barragens e amenizando os

problemas ambientais.

3.2 Mineração no Brasil

A mineração no Brasil se inicia durante a época colonial, quase dois séculos após a

chegada dos portugueses em território sul-americano, mais precisamente no século

XVII. Supõe-se que a demora em se descobrir jazidas é devido ao fato de que os

portugueses tinham interesses mais voltados para outros recursos, como pau-brasil,

tabaco, açúcar e mão-de-obra escrava (BARRETO, 2001). A primeira grande

descoberta mineral no Brasil ocorreu no século XVIII com a descoberta do ouro, dando

15

inicio ao surgimento das bases para a constituição do setor mineral brasileiro e

colocando o Brasil como o primeiro produtor mundial de ouro.

O processo de declínio no primeiro ciclo do ouro ocorreu quase um século após a sua

descoberta. Chegou-se a acreditar que as jazidas superficiais tinham-se esgotado,

direcionando os esforços para a criação de condições para a instalação das grandes

empresas estrangeiras, que na época eram inglesas (BARRETO, 2001).

De acordo com BARRETO (2001), o segundo ciclo mineral se iniciou no século XX,

após o fim Segunda Guerra Mundial, concretizando-se efetivamente no final da

década de 1960. Desta forma, pode-se afirmar que grande parte do atual parque

mineral foi construída recentemente, durante as décadas de 1970 e 1980. As

descobertas mais marcantes do século XX foram: o manganês da Serra do Navio

(anos 40); o petróleo, que culminou com a criação da Petrobrás (anos 50); as jazidas

ferríferas do vale do Paraopeba (anos 50); as minas do Quadrilátero Ferrífero de

Minas Gerais (meados dos anos 50); o carvão no Rio Grande do Sul e no Paraná

(anos 50), com grande incremento a partir dos anos 60; as minas de cobre do Rio

Grande do Sul (anos 60), Pará e Goiás, nas décadas posteriores; as minas de chumbo

na Bahia (anos 60), e em Minas Gerais (anos 60); o caulim na Amazônia; fosfato e

zinco em Minas Gerais; Carajás no Pará; o amianto na mina Cana Bravo, em Goiás, a

bauxita em Minas Gerais e Pará; assim como a descoberta da província estanífera de

Rondônia, todos na década de 1970.

Com a descoberta das jazidas de minerais no século XX, iniciaram-se as atividades de

produção minerária no Brasil. De acordo com a 7ª edição do Sistema de Informações

e Análises da Economia Mineral Brasileira (2012), foram registradas 8.870

mineradoras no ano de 2011. Este número foi obtido baseado na consolidação dos

Relatórios Anuais de Lavra, entregues pelas empresas de mineração e relativos ao

ano-base de 2011. Estas mineradoras estão divididas por região, conforme a Figura

3.1.

Devido a grandes mudanças socioeconômicas e de infraestrutura que o País tem

vivenciado, a indústria Mineral Brasileira obteve na última década um grande

crescimento. Esse crescimento é impulsionado pelo processo de urbanização em

países emergentes com expressivas áreas territoriais como Brasil, Rússia, Índia e

China, países que também de grande importância para a mineração mundial (IBRAM,

2012).

16

Figura 3.1: Companhias mineradoras no Brasil (Fonte DNPM – 2012).

Devido ao elevado índice de crescimento mundial houve um aumento da demanda por

minerais, a partir do ano 2000. Este fato impulsionou o valor da Produção Mineral

Brasileira (PMB), obtendo em uma década um crescimento significativo. Na Figura 3.2,

pode-se observar a evolução da PMB neste período (IBRAM, 2012).

Figura 3.2: Evolução da produção mineral brasileira, em bilhões de dólares (Fonte

DNPM – 2012).

Conforme a Figura 3.3, 80,10% da receita de minério exportado pelo Brasil no último

ano é referente ao minério de ferro. De acordo com a U. S. Geological Survey e a

UNCTAD (Conferência das Nações Unidas para o Comércio e o Desenvolvimento),

17

em 2011 os três maiores produtores foram a China com 1,33 bilhão de toneladas, a

Austrália com 480 milhões de toneladas e o Brasil com 390 milhões de toneladas. A

Figura 3.3 mostra os valores das exportações e importações da balança mineral

brasileira.

Figura 3.3: Balança mineral brasileira, exportações e importações, (%) do valor em

dólares (Fonte DNPM – 2012).

No entanto, quando se leva em conta o teor médio de Minério de Ferro chinês, a

produção da China pode ser considerada de 380 milhões de toneladas,

comparativamente com o Minério de Ferro de Austrália e do Brasil. Os principais

estados produtores no Brasil são Minas Gerais (67%), Pará (29,3%) e outros (3,7%). A

Figura 3.4 mostra a evolução da produção de minério de ferro no mundo e no Brasil

(IBRAM, 2012).

Figura 3.4: Produção de minério, em bilhões de toneladas (Fonte DNPM – 2012).

18

Conforme a 7ª edição do Sistema de Informações e Análises da Economia Mineral

Brasileira (2012), as reservas medidas e indicadas de Minério de Ferro no Brasil

alcançam 29 bilhões de toneladas, situando o País em segundo lugar em relação às

reservas mundiais, de 180 bilhões de toneladas. Entretanto, considerando-se as

reservas em termos de ferro contido no minério, o Brasil assume lugar de destaque no

cenário internacional. Esse se deve ao alto teor encontrado nos minérios hematíticos

(média de 60% de Ferro), predominantes no Pará, e itabiríticos (média de 50% de

Ferro), predominantes em Minas Gerais.

3.3 Quadrilátero ferrífero

De acordo com RUCHKYS (2007), o Quadrilátero Ferrífero é uma estrutura geológica

cuja forma se assemelha a um quadrado, conforme mostra Figura 3.5. Essa área

minerária recebeu essa denominação no final dos anos 50 e abrange cerca de 7000

km2, entre os municípios de Belo Horizonte, Mariana, Santa Bárbara e Congonhas do

Campo, que constituem um conjunto de serras dispostas quase ortogonalmente e

assinalado pela ocorrência de minério de ferro. No século XVII, ocorreu a descoberta

de ouro nos rios da região e desde então o Quadrilátero Ferrífero passou a ser alvo de

grandes pesquisas.

A edição Nº 731 da REVISTA VIVER BRASIL (2009) afirma que desde a descoberta

do ouro até hoje, o Quadrilátero Ferrífero abriga a maior concentração urbana de

Minas Gerais, com 22% do total da população do estado. Atualmente são 24

municípios, nos quais vivem 4,2 milhões de pessoas. Além da capital de Minas,

também pertencem ao QF algumas das primeiras vilas brasileiras como Mariana e

Ouro Preto, que possuem um rico acervo arquitetônico e cultural do barroco, e

representam a expressão máxima do chamado ciclo do ouro.

A proximidade com os principais centros consumidores do país e a presença de

infraestrutura para escoamento da produção, como a Estrada de Ferro Vitória-Minas e

o porto exportador de Tubarão, no Espírito Santo, criaram as condições propícias para

que a região se tornasse um potencial em produção mineral (REVISTA VIVER

BRASIL, 2009).

19

Figura 3.5: Localização do quadrilátero ferrífero.

Segundo o Centro de Estudos Avançados do Quadrilátero Ferrífero, essa é a região

que mais se destaca no estado, devido às jazidas de minério de ferro. Estimativas do

início do século XXI apontam que mais de 55 milhões de toneladas de minério de ferro

eram anualmente exploradas na região. Segundo relatório de 2009 do Departamento

Nacional de Produção Mineral a produção brasileira de ferro alcançou 354,67 milhões

de toneladas em 2007 e a participação do Quadrilátero Ferrífero atingiu 72% desse

total. Além disso, os municípios localizados no Quadrilátero Ferrífero são responsáveis

por 26,8% do PIB de Minas Gerais (REVISTA VIVER BRASIL, 2009).

O Quadrilátero Ferrífero está inserido nas terras altas do centro de Minas, com grande

diversidade de relevo e altitudes máximas de 2000 metros. Hospeda as cabeceiras

das bacias dos rios das Velhas e Doce, duas das principais bacias hidrográficas

brasileiras, e apresenta grande diversidade de biomas, que incluem resquícios de

mata atlântica, trechos de cerrado, campos rupestres, onde vivem diversas espécies

vegetais e animais, algumas delas em situação vulnerável em função da expansão das

atividades mineiras e da ocupação urbana desordenada (REVISTA VIVER BRASIL,

2009).

3.4 Minério de ferro

A crosta terrestre é constituída aproximadamente de 5% de ferro, fazendo com que

este seja o quarto elemento químico em abundância. O ferro é extraído da natureza

sob a forma de minério presente em rochas, nas quais pode ser obtido o ferro

20

metálico. Geralmente o ferro é encontrado sob a forma de óxidos, como a magnetita e

hematita. Um minério de ferro deve conter um percentual elevado do metal para que

seja comercializável. Minérios de ferro que contém menos de 25% de ferro, só serão

considerados comercializáveis uma vez que existam em grandes quantidades e que

possam ser concentrados a baixo custo. O valor de um minério está diretamente

relacionado a alguns fatores como qualidade, facilidade de concentração e o custo de

transporte até o mercado consumidor.

Tabela 3.1: Principais minerais de ferro e suas classes. (POVEROMO, 1999)

Segundo TAKEHARA (2004) os minerais de ferro considerados economicamente

exploráveis são divididos de acordo com a sua composição química, nas classes:

óxidos, carbonatos, sulfetos e silicatos, sendo esta última de menor expressão

econômica. A Tabela 3.1 mostra os minerais de ferro economicamente exploráveis

pertencentes a cada classe, sendo esta representada por um ou mais minerais.

3.4.1 Estrutura dos minerais de ferro

Os minérios brasileiros apresentam estruturas internas muito variadas, devido às

diferentes condições de metamorfismo, tectonismo e intemperismo a que foram

sujeitos, ou mesmo em virtude de sua gênese. Dessa forma, originaram-se minérios

com diferentes constituintes mineralógicos, tamanho e morfologia dos cristais,

tamanho e morfologia dos poros, porosidade, forma e superfícies das partículas, etc.

Classe Nome mineralógico Composição química do

mineral puro

Teor de Fe

(%)

Designação comum

Magnetita Fe3O4 72,4 Óxido ferroso-férrico

Hematita Fe2O369,9 Óxido férrico

Goethita HFeO2 62,8

Lepidocrocita FeO(OH) 62,85

CARBONATO Siderita FeCO3 48,2 Carbonato de ferro

Pirita FeS2 46,5

Pirrotita FeS 63,6

Fayalita Fe2+2(SiO4) 54,81 Grupo da olivina

Laihunite Fe2+Fe3+2(SiO4)2

47,64 Grupo da olivina

Greenalita Fe2+2.3Fe3+

0.5Si2.2O5(OH)3.344,14 Grupo da serpentina

Grunerita Fe2+7(Si8O22)(OH)2

39.03 Grupo dos anfibólios

Fe-antofilita Fe2+7(Si8O22)(OH)2

39,03 Grupo dos anfibólios

ÓXIDOS

Hidróxido de ferro

SULFETOS

SILICATOS

21

(ROSIÈRE, 1996). A Figura 3.6 mostra as estruturas cristalinas dos principais minerais

de ferro.

Figura 3.6: Estrutura cristalina dos minerais de ferro. (a) Magnetita; (b) Hematita; (c)

Goethita; (d) Siderita e (e) Pirita (DANA & HULBURT, 1984).

O Fe existe em dois estados de valência, na crosta terrestre, o ferroso (Fe+2) e férrico

(Fe+3), formando diversos óxidos, hidróxidos e oxihidróxidos, que diferem ainda quanto

à composição e estrutura cristalina. Os principais óxidos são a hematita e magnetita,

os principais oxihidróxidos são goethita, lepidocrocita e limonita, esta última

correspondente aos óxidos hidratados de ferro, com grau de cristalinidade baixo

(SANTOS, 2002).

3.4.2 Mineralogia

Nos minérios de ferro são encontrados óxidos e hidróxidos de ferro, além de outros

minerais que os constituem. Desta forma serão descritos a seguir alguns destes

minerais.

22

3.4.2.1 Magnetita

A magnetita possui composição química Fe3O4, com 72,36% em massa de ferro e

27,64% de oxigênio. Entretanto, algumas análises podem mostrar consideráveis

porcentagens de Mg e Mn2+ substituindo o Fe2+ e Al3+, Cr3+, Mn3+ e Ti4+ substituindo o

Fe3+ (SANTOS, 2002). Apresenta-se na cor cinza a preto e densidade estrutural de

5,16 a 5,18 g/cm3 (POVEROMO, 1999). Em microscopia por luz refletida aparece

cinzenta ou apresentando tons creme a rosados (SANTOS, 2002). Por ser fortemente

magnético, é um imã natural. Sua propriedade magnética é muito importante, pois

auxilia na exploração por métodos magnéticos, onde é facilmente separada, via

separação magnética da ganga, produzindo um concentrado de alta qualidade (DANA

& HULBURT, 1984). São características a natureza isotrópica e a ausência de

clivagem.

Figura 3.7: Estrutura cristalina da magnetita e exemplo do mineral encontrado na

natureza.

Cristaliza-se no sistema isométrico, classe hexaoctaédrica (Figura 3.7). Usualmente é

maciça ou granular, com granulação grossa a fina. A magnetita é o oxido de ferro que,

comparado com a hematita, é mais estável a alta temperatura e baixa pressão

(SANTOS, 2002).

3.4.2.2 Hematita

A hematita tem composição química de Fe2O3, com 69,94% em massa de ferro e

30,06% de oxigênio, embora pequenas quantidades de Mn e Ti possam existir. A sílica

e a alumina eventualmente presentes são consideradas impurezas (SANTOS, 2002).

Apresenta-se na cor cinza azulado a vermelho, brilhante a fosca, podendo ser terrosa,

compacta ou cristalina, com densidade de 5,26 g/cm3 (POVEROMO, 1999). Devido a

sua grande ocorrência em vários tipos de rochas é considerado o mineral de ferro

23

mais importante. Ocorre como mineral primário associado a depósitos de veios,

rochas ígneas, metamórficas e sedimentares e também como produto de alteração da

magnetita (DANA & HULBURT, 1984). Cristaliza-se no sistema hexagonal, classe

trigonal (Figura 3.8). Possui dureza entre 5,5 e 6,5 Mohs, e densidade 5,3 g/cm3.


natureza.

3.4.2.3 Goethita

A goethita tem a composição química de HFeO2 e é composta por 62,9% de Fe, 27%

de O e 10,1% de H2O, podendo conter quantidades variáveis de Al2O3, CaO, BaO,

SiO2 e MnO que podem ocorrer em quantidades acima de 5% do total. Variedades

maciças e terrosas frequentemente contêm água adsorvida ou capilar. Cristaliza-se no

sistema ortorrômbico, possui dureza entre 5 e 5,5 Mohs e densidade 4,3 g/cm3.

Apresenta-se na cor de castanho amarelado a castanho escuro. Em luz refletida é

cinzenta, com anisotropia média. Difere da hematita por seu traço amarelo (SANTOS,

2002).

É um dos minerais mais comuns e é tipicamente formado sob condições oxidantes

com produto de intemperismo de minerais de ferro. É também formada por

precipitação direta inorgânica ou biogênica. A goethita resultante da alteração da

hematita pode ter duas formas diferentes. A primeira, como partículas alongadas

formando, desordenadamente, agregados aproximadamente arredondados, composta

por microcristais. Este é o resultado de uma reorganização in situ da hematita para

goethita. A outra forma da goethita é acicular e desenvolve-se perpendicularmente aos

cristais primários, envolvendo-os. Os cristais primários podem ter hematita ou quartzo

e a goethita é formada por redistribuição do ferro que é carreado, o qual promove a

cimentação das partículas. A hematita pode substituir grãos de goethita, formando

24

grãos de hematita pseudomorfos da goethita, já que a forma desta última foi

preservada (SANTOS, 2002). A figura 3.9 mostra a estrutura cristalina da goethita e

um exemplo do mineral encontrado na natureza.

Figura 3.9: Estrutura cristalina da goethita e exemplo do mineral encontrado na

natureza.

3.4.2.4 Limonita

A limonita é um nome genérico dado para os óxidos hidratados de ferro, que

mineralogicamente são compostos de variadas frações dos minerais goethita e

lepidocrocita (POVEROMO, 1999). É definida como amorfa ou criptocristalina, de cor

amarela, castanha, castanha alaranjada a negra amarronzada. É maciça, terrosa e

ocasionalmente tem aspecto vítreo. Sua dureza varia entre 4 e 5,5 Mohs e possui

densidade entre 2,7 e 4,3 g/cm3. Em luz transmitida é amarela, com tonalidades de

marrom a vermelho, sendo amarronzada em luz refletida, podendo apresentar também

na cor cinza. A Figura 3.10 mostra um exemplo da limonita encontrada na natureza

(SANTOS, 2002).

A limonita tem sua fórmula química definida como 2Fe2O3.3H2O, mas tem sido

mostrado que constitui-se principalmente de goethita criptocristalina ou lepidocrocita,

contendo água adsorvida. ROCHA E BRANDÃO (1996) realizaram um estudo com

amostras de goethita e limonitas, que discutem a presença de OH e H2O de

cristalização em goethitas e limonitas. Nas amostras supostamente limonitas, o que se

obtinha de fato, eram goethitas mais impuras, como consistência terrosa, com nível de

cristalinidade alto, e possuindo um grau de hidroxilação mais elevado. Este estudo

25

resultou em uma redefinição do termo e na mudança na formula clássica da limonita,

de FeOOH.nH2O para FeOOH.

Figura 3.10: Limonita mineral, encontrada na natureza.

3.4.2.5 Quartzo

O quartzo é composto basicamente de SiO2. Podem apresentar nas análises químicas

pequenas quantidades de outros óxidos devido a pequenas inclusões de outros

minerais ou a líquidos que preenchem cavidades no seu interior (SANTOS, 2002).

O quartzo se apresenta na forma de cristais prismáticos, com romboedros em suas

pontas, dando em efeito de bipirâmide hexagonal. A Figura 3.11 mostra a estrutura

cristalina do quartzo e um exemplo do mineral. Usualmente é transparente ou branco,

mas devido a impurezas, podem ser coloridos apresentando diferentes variedades.

Possui dureza de 7,0 Mohs, densidade de 2,65 g/cm3 e brilho vítreo (SANTOS, 2002).

Figura 3.11: Estrutura cristalina e exemplo de quartzo.

26

3.4.2.6 Caulinita

A caulinita possui a fórmula química Al2Si2O5(OH)4 com 39,5% de Al2O3, 46,5% de

SiO2 e 14% de H2O. É reconhecida por seu caráter argiloso, mas sem análises de

difração de raios X é difícil a sua distinção de outros argilominerais. A caulinita

cristaliza-se no sistema triclínico. Ocorre usualmente como massas argilosas,

compactas ou friáveis. Possui dureza 2,0 e densidade 2,6 g/cm3. Sua cor é branca,

como mostra a Figura 3.12, embora se apresente frequentemente colorida devido à

presença de impurezas, tornando sua tonalidade avermelhada, acastanhada ou

azulada (SANTOS, 2002).

Figura 3.12: Estrutura cristalina e exemplo da caulinita.

Os minerais argilosos mais frequentes são, provavelmente, pertencentes ao grupo da

caulinita e formam-se a partir de processos de alteração hidrotermal ou intemperismo

de silicatos de alumínio. Podem estar associados a quartzo, óxidos de ferro, siderita,

moscovita e outros minerais argilosos (SANTOS, 2002).

3.5 Beneficiamento de minério de ferro

Segundo MACHADO (2007), o beneficiamento pode ser considerado o processo

segundo o qual o minério passa por uma preparação para o subsequente estágio no

processamento. Uma das etapas mais importantes no processo de beneficiamento é a

concentração. A obtenção do concentrado e do rejeito é obtida através de operações

que envolvem cominuição (britagem e moagem), classificação (peneiramento e

separação por tamanhos), concentração (gravítica, magnética, flotação, etc.) e

desaguamento (sedimentação, filtragem, centrifugação e secagem). A Figura 3.13 traz

um diagrama ilustrativo do beneficiamento de minério de ferro.

27

Figura 3.13: Diagrama típico do beneficiamento de minério de ferro.

As jazidas brasileiras possuem uma grande quantidade de lama, constituída

principalmente de argilominerais ou de outros minerais advindos de processos

genéticos de alteração, apresentando tamanhos finos, ultrafinos e colóides. Minerais

com esses tamanhos também estão presentes em rejeitos de beneficiamento de

minérios (MACHADO, 2007). Tais rejeitos podem possuir ainda grandes quantidades

de minerais úteis, mas devido à dificuldade de separá-los dos minerais de ganga, são

usualmente descartados.

3.5.1 Fragmentação

A fragmentação ou redução de tamanho é uma técnica de vital importância no

processamento mineral. Um minério com ganga deve ser fragmentado até que os

minerais úteis contidos sejam fisicamente liberados dos minerais indesejáveis. A

28

redução de tamanho pode ser feita, às vezes, com o único objetivo de adequar às

condições granulométricas estabelecidas no mercado, como no caso de rochas como

granito ou calcário para a produção de brita. A fragmentação é uma operação que

envolve elevado consumo energético fazendo com que tenha, normalmente, o maior

custo no tratamento de minérios.

Com o objetivo diminuir os custos e não fragmentar as partículas além do necessário,

a fragmentação pode ser dividida em várias etapas. As etapas iniciais são chamadas

britagem, onde ainda são gerados tamanhos relativamente grandes de partículas.

Quando é desejado tamanho de partículas menores, é feita outra etapa de

fragmentação que é chamada de moagem. Os circuitos de fragmentação podem incluir

apenas etapas de britagem ou de britagem associada à moagem. Os equipamentos

utilizados para britagem e moagem são chamados de britadores e moinhos,

respectivamente. A Figura 3.14 mostra em exemplo de britador e moinho utilizados na

fragmentação.

Figura 3.14: À esquerda um britador de mandíbulas e à direita um moinhos de bolas.

3.5.2 Classificação

O processo de separação de partículas por tamanho recebe o nome de classificação,

que é geralmente feita junto com as etapas de fragmentação. A classificação controla

os tamanhos de partículas que são gerados no processo de fragmentação e tem como

objetivos principais avaliar se o tamanho das partículas do minério está dentro das

especificações de mercado e se a granulometria produzida nos equipamentos de

fragmentação atingiu o tamanho necessário para separar as partículas dos minerais

de interesse dos outros minerais presentes no minério.

29

Os principais equipamentos utilizados na classificação são as peneiras, os

classificadores mecânicos e os ciclones. A Figura 3.15 mostra modelos destes

equipamentos. As peneiras são utilizadas para a classificação de partículas mais

grosseiras, geralmente obtidas no processo de britagem e elas podem operar a seco e

a úmido. Os classificadores mecânicos operam com tamanho de partículas menores

que as peneiras, mas são ineficientes para partículas muito finas, menores que 0,1

mm e operam quase sempre a úmido. Os ciclones são utilizados em faixas onde os

classificadores mecânicos atuam, mas com muita eficiência para separar partículas

muito finas.

Figura 3.15: Equipamentos utilizados na classificação. (A) Peneira vibratória, (B)

classificador espiral, (C) hidrociclone e (D) conjunto de hidrociclones.

3.5.3 Concentração

A concentração de minérios ocorre quando é preciso separar os minerais de interesse

dos que não são. Para que essa separação ocorra, é preciso que os minerais de

interesse não estejam fisicamente agregados aos que não são de interesse, daí a

importância das etapas de fragmentação e classificação, que realizam essa

separação. A separação de minerais exige que haja uma diferença física ou físico-

química entre o mineral de interesse e os demais, e pode ser fácil ou muito complexa

dependendo do minério. Duas propriedades físicas são as mais utilizadas na

30

separação ou concentração de minerais: diferença de densidade e diferença

susceptibilidade magnética (PERES E TOREM, 2002).

De acordo com SALUM E COELHO (1998), quando não existe diferença de

propriedade física entre os minerais que se que separar, utiliza-se de técnicas que

tomam como base propriedades físico-químicas de superfície dos minerais. A técnica

mais amplamente utilizada neste caso é a flotação. A seguir, têm-se um resumo das

principais técnicas de concentração de minério:

Separação/concentração gravítica ou gravimétrica: método que apresenta

bons resultados com baixo custo. O processo se baseia na diferença de

densidade existente entre os minerais presentes, utilizando-se de um meio

fluido (água ou ar) para efetivar a separação/concentração, os equipamentos

tradicionalmente utilizados são as mesas vibratórias, espirais, cones e

comportas. (SALUM E COELHO, 1998)

Separação magnética: a propriedade determinante nesse processo é a

suscetibilidade magnética. Baseado nesse fato, os minerais podem ser

divididos em 3 grupos, de acordo com o seu comportamento quando

submetidos a um campo magnético (natural ou induzido): ferromagnéticos

(forte atração), paramagnéticos (média e fraca atração) e diamagnéticos (fraca

atração). Os processos podem ser desenvolvidos via seca ou via úmida. Os

equipamentos mais utilizados são os tambores, correias, rolos, carrosséis e

filtros. (SALUM E COELHO, 1998)

Flotação: atualmente, a flotação é o processo dominante no tratamento de

quase todos os tipos de minérios finos, devido à sua grande versatilidade e

seletividade. Permite a obtenção de concentrados com elevados teores e

expressivas recuperações. O processo se baseia no comportamento físico-

químico das superfícies das partículas minerais presentes numa suspensão

aquosa. A utilização de reagentes específicos, denominados coletores,

depressores e modificadores, permite a recuperação seletiva dos minerais de

interesse por adsorção em bolhas de ar. Os equipamentos tradicionalmente

adotados se dividem em 2 classes, mecânicos e pneumáticos, dependendo do

dispositivo utilizado para efetivar a separação. (SALUM E COELHO, 1998)

A Figura 3.16 mostra alguns equipamentos utilizados no processo de concentração.

31

Figura 3.16: Equipamentos utilizados no processo de concentração. (A) célula de

flotação (modelo de laboratório), (B) mesa vibratória e (C) jigue.

3.6 Rejeitos na mineração

O minério passa pelo processo de beneficiamento, utilizando-se essencialmente de

processos físicos, sem alterar a estrutura química dos minerais presentes. Estes

minerais são obtidos em um produto denominado concentrado e possuem um elevado

teor da substância de interesse comercial (MACHADO, 2007).

Em um modelo ideal, o produto gerado no processo de beneficiamento deveria ser

totalmente aproveitado, ou seja, em que todos os minerais contidos no minério lavrado

seriam aproveitados economicamente, mas isto não ocorre, acarretando em grandes

depósitos de rejeito. Os rejeitos são depositados frequentemente a céu aberto (Figura

3.17), de forma subterrânea ou subaquática e em áreas confinadas (barragens ou

bacias) dotadas de estrutura de contenção. (MACHADO, 2007)

Figura 3.17: Rejeito depositado em barragem situada no Quadrilátero Ferrífero.

Os rejeitos são subprodutos, teoricamente, de baixo teor do mineral de interesse.

Entretanto, os rejeitos podem apresentar um teor considerável do mineral de interesse.

Isto ocorre devido ao fato das partículas dos minerais de ganga não estarem

completamente liberadas, originando partículas mistas. Este fato está relacionado, às

32

vezes, a inexistência de tecnologia economicamente viável ou a baixa recuperação,

que pode esta relacionada a procedimentos ineficientes utilizados nas etapas do

beneficiamento (WOLFF, 2009).

A baixa recuperação no beneficiamento, além de significar perdas financeiras, leva ao

aumento de volume de rejeitos dispostos no meio ambiente, aumentando o impacto

ambiental. Desta forma, pode-se considerar que o beneficiamento de minérios, uma

vez efetuado de forma eficiente, minimiza o volume de rejeitos e os impactos

ambientais (WOLFF, 2009).

As características dos rejeitos da mineração em termos de granulometria estão

diretamente ligadas ao tipo de minério bruto lavrado e ao processo industrial de

beneficiamento utilizado. Desta forma, sua composição pode abranger uma ampla

faixa de materiais, variando desde solos com características arenosas, não plásticas

(rejeitos granulares) até solos de granulometria muito fina e alta plasticidade (lamas).

Segundo SOMASUNDARAM (1980) as partículas podem ser classificadas, com base

em seu tamanho e comportamento em meio aquoso, da seguinte forma:

Grossas: partículas com tamanho médio superior a 1000 µm;

Finos: partículas que não são facilmente separáveis por processos físicos de

concentração e com tamanho médio compreendido entre 10 µm e 100 µm;

Ultrafinos: partículas que não são facilmente separadas por processos

convencionais de concentração, inclusive a flotação, e cujo tamanho médio

esta compreendido entre 1 µm e 10 µm;

Colóides: partículas, cujo tamanho médio é inferior a 1 µm;

Lamas: misturas de colóides e ultrafinos naturais e aqueles gerados em

processos de cominuição.

Em 2 de agosto de 2010, foi instituído pela Lei 12.305 o Plano Nacional de Resíduos

Sólidos (PNRS) que dispõe de princípios, objetivos e instrumentos, bem como sobre

as diretrizes relativas à gestão integrada e ao gerenciamento de resíduos sólidos,

incluídos os perigosos, às responsabilidades dos geradores e do poder público e aos

instrumentos econômicos aplicáveis. É neste contexto que o Ministério do Meio

Ambiente (MMA) e o Instituto de Pesquisa Econômica Aplicada (IPEA) iniciaram o

processo de elaboração de um Diagnóstico da Situação Atual dos Resíduos Sólidos

33

no Brasil, parte do conteúdo mínimo do Plano Nacional de resíduos Sólidos. Para o

cálculo da produção de rejeitos no decênio 1996-2005, como mostra a Figura, foram

utilizadas as informações contidas nos anuários minerais do Brasil, fornecidos pelo

DNPM e apresentadas no PNRS. A abordagem metodológica considerou a produção

de rejeitos como equivalente à diferença entre a produção bruta e a produção

beneficiada das substâncias minerais. Embora esta estimativa da quantidade de

rejeitos seja generalista, uma vez que contabiliza o volume de rejeitos sem considerar

as características locais das 50 lavras e seus depósitos, a mesma serve como

referência dos volumes totais de rejeitos produzidos (New Steel Soluções

Sustentáveis, 2010).

Figura 3.18: Produção de rejeitos no decênio 1996-2005.

3.7 Barragens de rejeitos No Brasil existem inúmeras barragens de diversas dimensões e destinadas a

diferentes usos, tais como barragens de infra-estrutura para acumulação de água,

geração de energia, aterros ou diques para retenção de resíduos industriais,

barragens de contenção de rejeitos de mineração, entre outros. A Figura 3.18 mostra,

como exemplo, uma barragem de rejeito de mineração situada em Serra Azul, no

município de Itaúna em Minas Gerais. A diversidade de tamanhos e usos das

34

barragens e aterros de contenção reflete também nas condições de manutenção

dessas estruturas. Algumas são monitoradas regularmente, atendendo normas de

segurança compatíveis com os padrões mais exigentes, enquanto outras não são

devidamente acompanhadas, sujeitas a enchentes ou a ultrapassagem dos níveis de

segurança, podendo resultar no rompimento da estrutura (ESPÓSITO, 1999).

Figura 3.19: Barragem de rejeito situada em Serra Azul, Itaúna/MG.

Segundo MENDES (2007), as barragens de contenção de rejeitos são conhecidas por

gerarem grandes impactos ambientais. Neste sentido, as empresas de mineração

veem sendo cobradas em relação à gestão dos rejeitos gerados no processo de

beneficiamento.

As propriedades geomecânicas que mais afetam a estabilidade das barragens de

rejeito são a granulometria, densidade/compactação, permeabilidade, resistência de

cisalhamento e o teor de umidade. Deve-se considerar também as propriedades

mineralógicas dos rejeitos, pois as mesmas influenciam no potencial de riscos.

Parâmetros como altura da barragem, volume do reservatório, danos materiais e perda

de vidas traduzem o potencial de risco a que as barragens ficam expostas (MENDES,

2007).

35

3.8 Técnicas e métodos instrumentais de caracterização

A caracterização de materiais é um processo que necessita da integração de diversas

técnicas para a obtenção dos dados, que serão utilizados para melhor conhecimento

das propriedades do material estudado. É muito importante que se tenha

conhecimentos prévios das características dos elementos constituintes da amostra,

pois isto ajuda compreender o comportamento frente a possíveis alterações, podendo

até a prever e solucionar possíveis problemas.

Neste tópico será feita uma breve revisão sobre as técnicas e métodos instrumentais

de caracterizações utilizadas neste trabalho, descrevendo como estas foram feitas e

demonstrando os equipamentos utilizados.

3.8.1 Separação granulométrica

A separação dos rejeitos de minério de ferro pode ser feita por elutriação centrífuga

utilizando um conjunto de hidrociclones ligados em série. Esse conjunto, denominado

de cicloclassificador (cyclosizer), é utilizado na determinação da distribuição

granulométrica de amostras de minérios, na faixa de, aproximadamente, 5 a 50 μm,

para materiais com densidade similar à do quartzo (2,7 g/cm3). Essa faixa estende-se

para granulometrias abaixo de 4 μm, caso dos minerais mais pesados. Um exemplo

típico é a classificação da galena com densidade igual a 7,5 g/cm3.

A geometria de cada hidrociclone favorece a classificação, em decorrência dos

diâmetros decrescentes na tubulação de entrada (alimentação) e de saída (vortex) na

direção do fluxo. Essa redução dos diâmetros resulta em maiores velocidades de

suspensão e forças centrífugas com intensidades elevadas no interior dos

hidrociclones, promovendo um decréscimo do tamanho limite de separação das

partículas (Wills, 1988).

O equipamento é aplicado na classificação granulometrica na faixa fina, por exemplo,

nas áreas de processamento de minérios finos, fabricação de massa cerâmica,

pigmentos, abrasivos e fertilizantes; metalurgia do pó; dentre outras. Os ensaios são

simples e o tempo requerido para uma classificação eficiente neste equipamento varia

de 10 a 30 min. Além disso, possui a vantagem ímpar de separar as partículas em

frações distintas. Essas análises são de elevada importância para determinar os

teores dos minérios em cada fração granulométrica (Wills, 1988).

36

Figura 3.20: Desenho esquemático do circuito do cicloclassificador.

O circuito completo do clicloclassificador está ilustrado na Figura 3.20 e consiste

basicamente de cinco hidrociclones, instalados em série e posições invertidas. Outros

componentes completam o circuito: um rotâmetro com escala em L/h, uma bomba

d’água, reservatório de água para alimentação do sistema, manômetro montado na

tubulação de descarga da bomba, termômetro para determinação da temperatura da

água do reservatório e um dispositivo de controle de tempo, temporizador (timer) com

alarme (Wills, 1988).

3.8.2 Tratamento Térmico

De acordo com Colpaert e Hubertus, recebe-se o nome de tratamento térmico o

conjunto de operações que tem por objetivo modificar as propriedades de um material

através do aquecimento e resfriamento em condições controladas. Alguns minerais ao

serem aquecidos sofrem transformações de fases cristalinas como, por exemplo, os

óxidos de ferro e quartzo. Abaixo serão descritas as transformações que ocorrem nas

estruturas destes minerais.

Transformações dos óxidos de ferro

O óxido de ferro (III) ou óxido de ferro é um composto inorgânico com a fórmula

Fe2O3. É um dos três principais óxidos de ferro, sendo os outros dois de óxido o

ferro (II) (FeO) e ferro (II, III) óxido (Fe3O4), que também ocorre naturalmente como

37

o mineral magnetita. A hematita ou Fe2O3 é a principal fonte de ferro para a indústria

siderúrgica. A hematita pode se apresentar em diferentes formas.

Fase Alfa: A α-Fe2O3 tem a estrutura romboédrica, coríndon (α-Al2O3) é a forma

mais comum. É antiferromagnético abaixo de 260 K (temperatura de transição

Morin), e ferromagnética fraca entre 260K e 950 K de temperatura de Néel. É fácil

de preparar usando tanto a decomposição térmica quanto a precipitação na fase

líquida. Suas propriedades magnéticas dependem de muitos fatores, como por

exemplo, pressão, tamanho de partícula e a intensidade do campo magnético.

Fase Beta: A face cúbica centrada, metaestável, em temperaturas acima de 500° C

se converte em fase alfa. Pode ser preparada pela redução da hematita em

carbono, pirólise de ferro (III) de solução de cloreto, ou decomposição térmica de

ferro (III).

Fase Gama: Cúbicos, metaestável, converte para a fase alfa em altas temperaturas.

Ocorre naturalmente como no mineral maghemita. Podem ser preparadas por

desidratação térmica do ferro gama (III), hidróxido de óxido, oxidação do óxido de

ferro (II, III).

Fase Épsilo: Rômbica, apresenta propriedades intermediárias entre alfa e gama.

Um material com uma alta proporção da fase épsilon pode ser preparado por

transformação térmica da fase gama. A fase épsilon é metaestável, transformando a

fase alfa, entre 500 e 750 ° C.

Transformações do quartzo

O quartzo é muito usado nas indústrias cerâmicas e metalúrgicas, é a forma mais

comum e mais densa de sílica. Quando puro ele não tem cor, mas quando impuro, ele

tem uma enorme diversidade de cores que o faz ser gemas atrativas: ágata, ametista,

topázio.

A transformação α ↔ β quartzo é um tipo de reação polimorfa reversível do sistema da

sílica. Segundo EITEL (1954) durante o aquecimento, a temperatura de transformação

para o quartzo é precisamente medida em 573,30°C, mas no resfriamento ocorre em

572,40°C.

Na forma α, com o aumento da temperatura o ângulo Si-O-Si aumenta de 1430 para

1500°C, melhorando o overlap das ligações π entre Si-O. Com isso, a expansão

volumétrica observada deve ser devido à mudança do ângulo Si-OSi. Na forma β, a

expansão nula é atribuída às vibrações atômicas altamente preferidas para o espaço

38

aberto em estruturas tal que um aumento em distância Si-O é compensado para por

uma diminuição em ângulo Si-O-Si (MCCOLM, I. J., 1983).

3.8.3 Análise mineralógica

Segundo JOHNSON E MAXWELL (1981) o conhecimento das características

principais dos minerais contidos em amostras representativos do tipo run of mine, é

feito sobre fragmentos de rochas, e/ou em amostras e produtos granulares

representativos. Esse procedimento auxilia com informações que estejam relacionadas

diretamente ao desenvolvimento e otimização das técnicas de beneficiamento mineral

para fins metalúrgicos.

As informações colhidas nos estudos de mineralogia não se limitam apenas a

identificação dos constituintes da amostra, mas também as avaliações quantitativas ou

semiquantitativas desses constituintes. De acordo com CETEM (2010), estes estudos

mineralógicos devem ser definidos e orientados a luz de métodos de separações e

concentrações, objetivando melhores recuperações dos minerais valiosos.

Os minérios apresentam, em geral, características e peculiaridades próprias e, devido

a isto, processos tecnológicos adequados para um dado minério, nem sempre poderão

ser efetivos para um minério similar. Em um depósito podem ocorrer variações e

alterações na composição mineralógica, devido à armazenagem do mineral-minério do

depósito, na granulometria do mineral de interesse, na relação dos minerais de ganga,

entre outros. Neste contexto, são necessários estudos mais detalhados e específicos,

durante a realização dos primeiros ensaios de beneficiamento dos minérios.

A análise mineralógica é realizada por um especialista em mineralogia, que possui

conhecimentos das diferentes etapas de beneficiamento e das características dos

minerais, que poderão ajudar e entenda o comportamento de um minério numa

operação particular de beneficiamento. Os resultados das investigações mineralógicas

qualitativas e quantitativas juntamente com aquelas fornecidas pelas análises

químicas devem ser suficientes para orientar o planejamento das sequências e etapas

adequadas ao beneficiamento.

O conhecimento das propriedades físico-químicas dos minerais pode ser indicador do

tipo de beneficiamento proposto. Entretanto, existem outros fatores associados à fase

mineral que devem ser levados em conta, principalmente para as etapas de metalurgia

extrativa. Alguns desses fatores são determinantes na velocidade da reação química e

estão relacionados ao tipo de estrutura cristalina dos principais minerais como textura,

39

fraturas, inclusões, tamanho médio das partículas, porosidade, orientações das

superfícies expostas, natureza das impurezas, entre outras.

3.8.4 Análise química

3.8.4.1 Espectrometria por dispersão de raios X

A análise por fluorescência de raios X é um método quali-quantitativo baseado na

medida das intensidades (número de fótons de raios X detectados por unidade de

tempo) dos raios X característicos emitidos pelos elementos que estão presentes na

amostra, conforme afirma BOUMANS E KLOCKENKAMPER (1988). Os elementos

constituintes ao serem excitados, pelos raios X emitidos por tubos de raios X ou raios

gama emitidos por uma fonte radioativa, emitem linhas espectrais com energias

características do elemento, nas quais estão relacionadas com a concentração na

amostra.

Ao ser excitado, o elemento presente na amostra tende a espalhar os elétrons do

interior dos níveis atômicos fazendo com que os elétrons dos níveis mais afastados

realizem saltos quânticos para preencher as lacunas. A cada transição eletrônica

ocorre uma perda de energia para o elétron, a qual é emitida na forma de fóton de

raios X, de energia bem característica e definida de cada elemento. Portanto, é

possível afirma que a fluorescência de raios X ocorre em três fases: excitação dos

elementos que constituem a amostra, dispersão de raios X característicos emitidos

pela amostra e detecção desses raios X.

De acordo com NASCIMENTO FILHO (1998), os métodos de dispersão usados na

maioria dos espectrômetros de raios X podem ser classificados em duas categorias:

dispersão por comprimento de onda (WD-XRF) e dispersão de energia (ED-XRF). A

Figura 3.21 mostra um desenho esquemático dos métodos WD-XRF e ED-XRF.

Figura 3.21: Desenho esquemático dos métodos WD-XRF e ED-XRF.

40

No método de dispersão por comprimento de onda (WD-XRF) os raios X

característicos são selecionados por um cristal difrator de acordo com seus

comprimentos de onda, obedecendo à lei de Bragg da difração. Neste caso, o

comprimento de onda selecionado ou difratado pode ser calculado pela equação da lei

de Bragg:

2d.sen.n

onde:

= comprimento de onda dos raios X difratados (em nm);

d = distância interplanar do cristal difrator (em nm);

= ângulo entre a direção do feixe de raios X incidente e superfície do cristal, ou

ângulo de incidência;

n = número inteiro = 1, 2, 3, ..., também chamado de ordem.

É necessário que se coloque um detector na direção do feixe de raios X difratado para

que o raio X desejado seja detectado. O feixe difratado forma um angulo de 2 com

relação á direção do feixe incidente no cristal e desta forma, ocorre uma rotação do

cristal em sincronismo com a rotação do detector de raios X. A Figura 3.22 ilustra

esquematicamente o difratômetro de raios X por dispersão de comprimento de onda.

Figura 3.22: Esquema do difratômetro de raios X por dispersão de comprimento de

onda.

O outro método analítico é o de dispersão de energia (ED-XRF), onde os raios X são

selecionados através dos pulsos eletrônicos, diretamente proporcionais às energias

dos raios X, produzidos em um detector apropriado. Os detectores mais utilizados são

41

os cintiladores sólidos de NaI (TI) e os semicondutores de Si(Li), Ge(Li) e Ge

hiperpuro. (NASCIMENTO FILHO,1998)

Figura 3.23: Esquema do espectrômetro de raios X por dispersão de energia

A Figura 3.25 demonstra um espectrômetro de raios X por dispersão de energia

constituído de uma fonte radioativa excitadora para produção de raios X na amostra.

Na técnica de dispersão de energia não há necessidade de rotação sincronizada entre

o detector e o cristal de difração, e portanto não há partes móveis.

3.8.5 Análise térmica

3.8.5.1 Termogravimetria - TGA

Segundo RODRIGUES E MARCHETTO (2002), Termogravimetria é a técnica na qual

a mudança da massa de uma substância é medida em função da temperatura

enquanto esta é submetida a uma programação controlada.

O termo análise Termogravimétrica (TGA) é comumente empregado, no lugar de TG

por ser precedente histórico e para minimizar a confusão verbal com Tg, a abreviação

da temperatura de transição vítrea. Tipicamente curvas TGA e sua derivada (DTG) são

apresentadas como na Figura 3.24.

A ordenada é apresentada usualmente em percentual de massa wt% ao invés da

massa total, proporcionando assim uma fácil comparação entre várias curvas em uma

base normalizada. De acordo com RODRIGUES E MARCHETTO (2002), é preciso

deixar claro que existem mudanças significativas, particularmente na temperatura da

amostra, que podem refletir na curva TGA quando a massa inicial é significativamente

variada entre experimentos.

42

Figura 3.24: Curvas típicas de TGA e sua derivada (DTG)

Ocasionalmente o peso e a temperatura serão exibidos em função do tempo. Isto

permite a verificação aproximada da taxa de aquecimento, mas é menos conveniente

para propósitos de comparação com outras curvas. Tais curvas são também de

interesse do estudo da cinética das reações, uma vez que ela apresenta a taxa efetiva

da reação.

O equipamento utilizado na análise termogravimétrica é basicamente constituído por

uma microbalança, um forno, termopares e um sistema de fluxo de gás. A Figura 3.25

apresenta um desenho detalhado deste instrumento.

Figura 3.25: Desenho detalhado do equipamento de TGA.

43

3.8.6 Difração de raios x

Uma das técnicas mais importantes de caracterização microestrutural de materiais

cristalinos, sendo muito utilizada para analisar estes materiais em diferentes

aplicações é a difração de raios X. Esta técnica é baseada no principio da difração de

raios X, que ao atingirem um material podem ser espalhados elasticamente, sem

perda de energia pelos elétrons de um átomo. O fóton de raios X após a colisão com o

elétron muda sua trajetória, mantendo a mesma fase e energia do fóton incidente.

Se os átomos que geram este espalhamento estiverem arranjados de maneira

sistemática, apresentando entre eles distâncias próximas ao do comprimento de onda

da radiação incidente, pode-se verificar que as relações de fase entre os

espalhamentos tornam-se periódicas e que efeitos de difração dos raios X podem ser

observados em vários ângulos (BISH E REYNOLDS, 1989).

Considerando-se dois ou mais planos de uma estrutura cristalina, as condições para

que ocorra a difração de raios x (interferência construtiva ou numa mesma fase) vão

depender da diferença de caminho percorrida pelos raios x e o comprimento de onda

da radiação incidente. Esta condição é expressa pela lei de Bragg, ou seja,

(Figura 3.26), onde corresponde ao comprimento de onda da radiação

incidente, ‘’n’’ a um número inteiro (ordem de difração), ‘’d’’ a distância interplanar para

o conjunto de planos hkl (índice de Miller) da estrutura cristalina e ao ângulo de

incidência de raios x (medido entre o feixe incidente e os planos cristalinos) (BISH E

REYNOLDS, 1989).

Figura 3.26: Esquema representativo da lei de Bragg.

A intensidade difratada, dentre outros fatores, é dependente do número de elétrons no

átomo; adicionalmente, os átomos são distribuídos no espaço, de tal forma que os

vários planos de uma estrutura cristalina possuem diferentes densidades de átomos

44

ou elétrons, fazendo com que as intensidades difratadas sejam, por consequência,

distintas para os diversos planos cristalinos (BISH E REYNOLDS, 1989).

3.8.7 Comportamento magnético

Alguns materiais, tal como o ferro, são marcadamente magnéticos, enquanto que

outros não. De fato, uma das técnicas mais simples de separação de materiais

ferrosos dos não-ferrosos é através da comparação de suas propriedades magnéticas.

A importância histórica e comercial do ferro como um material magnético deu origem

ao termo ferromagnetismo, para englobar as intensas propriedades magnéticas

possuídas pelo grupo do ferro na tabela periódica. (Rolim, 2002)

O ferromagnetismo é resultado da estrutura eletrônica dos átomos. Sabe-se que no

máximo dois elétrons podem ocupar cada um dos níveis de energia de um átomo

isolado e que isso também é valido para os átomos de uma estrutura cristalina. Esses

dois elétrons tem spins opostos e, como cada elétron, quando girando em torno de si

mesmo, é equivalente a uma carga se movendo, cada elétron atua como um magneto

extremamente pequeno, com os correspondentes pólos norte e sul. (Rolim, 2002)

Figura 3.27: Magnetismo atômico: (a) diamagnético. (b) magnético.

Quando em um elemento, o número de elétrons que tem spin orientado em um sentido

é igual ao número de elétrons que tem spin oposto, tem-se uma estrutura

magneticamente insensível. Entretanto, em um elemento como subnivéis internos não

totalmente preenchidos, o número de elétrons com spin num sentido é diferente do

número de elétrons com spin contrário (Figura 3.27). Dessa forma esses elementos

tem um momento magnético global não-nulo. Como os átomos ferromagnéticos

adjacentes se alinham mutualmente, de forma a terem suas orientações na mesma

45

direção, um cristal ou grão contém domínios magnéticos. Os domínios geralmente não

têm dimensões superiores a 0.05 mm. Em um material magnético desmagnetizado os

domínios estão orientados ao acaso, de forma que seus efeitos se cancelam.

Entretanto, se os domínios são alinhados por um campo magnético, o material se

torna magnético, conforme pode ser visto na Figura 3.28. O alinhamento de todos os

domínios em uma direção origina um efeito aditivo, o qual pode ou não permanecer

após a retirada do campo externo. (Rolim, 2002)

Figura 3.28: Alinhamento de domínios. Um campo magnético externo pode alinhar os

domínios ferromagnéticos. Quando os domínios estão alinhados, o material está

magnetizado.

4 METODOLOGIA

4.1 Amostras estudadas

Neste trabalho foram estudadas amostras de rejeitos do beneficiamento de minério de

ferro de duas empresas distintas, situadas no Quadrilátero Ferrífero em Minas Gerais.

Para diferenciar as amostras estudas, foi atribuída a nomenclatura A e B. As amostras

A e B passaram inicialmente por uma separação granulométrica e posteriormente

tratamento térmico. O processo de caracterização foi realizado nas amostras antes e

depois do tratamento térmico. As etapas de preparação e caracterização das amostras

serão mais detalhadas nos próximos tópicos.

4.2 Preparação das amostras

4.2.1 Separação granulométrica via cyclosizer

As amostras estudadas neste trabalho passaram por uma separação granulométrica,

nas quais foram dividas em cinco faixas de tamanhos de partículas: acima de 32 µm,

46

32-20 µm, 20-15 µm, 15-7 µm e 7-4 µm. A separação granulométrica foi feita por

elutriação centrífuga utilizando um conjunto de hidrociclones ligados em série,

conforme ilustrado na Figura 4.1. Este processo foi realizado no laboratório do CT3 da

Fundação Gorceix em Ouro Preto.

Figura 4.1: Cicloclassificador utilizado na separação granulométrica, localizado

no CT3/Fundação Gorceix.

4.2.2 Tratamento térmico

As amostras estudadas neste trabalho, conforme Figura 4.3, foram submetidas a

tratamentos térmicos com temperaturas controladas e ao ar, com o objetivo de

promover transformações de fases estáveis nos minerais de ferro presentes nas

amostras. As amostras foram aquecidas até 850°C em um forno mufla (Figura 4.4) e

assim permaneceram durante 20 minutos, com a temperatura estabilizada. Os

tratamentos térmicos foram realizados no laboratório de Tratamentos Térmicos do

Departamento de Física da UFOP, localizado no Instituto de Ciências Exatas e

Biológicas (ICEB).

Figura 4.3: Amostras submetidas ao tratamento térmico.

47

Figura 4.4: Forno mufla utilizado no tratamento térmico localizado no DEFIS/UFOP.

4.3 Estudos de caracterização

A caracterização das amostras foi realizada através de diferentes técnicas de

caracterização que já foram descritas mais detalhadamente no capítulo 3. A

metodologia utilizada para a realização de cada técnica de caracterização será

detalhada nos próximos tópicos.


Foram realizadas análises qualitativas e quantitativas das amostras depois do

processo de separação granulométrica. Esta análise foi realizada com o objetivo de

identificar os minerais presentes em todas as amostras e definir suas concentrações.

Inicialmente as amostras foram embutidas em forma de pastilhas, conforme mostra a

Figura 4.5, e desta forma foi realizada a contagem de partículas presentes com o

auxílio do microscópio ótico (Figura 4.6), no qual se obteve também as micrografias. A

análise mineralógica foi realizada no laboratório de mineralogia do CT3 da Fundação

Gorceix, Ouro Preto.

Figura 4.5: Pastilhas utilizadas para a análise mineralógica.

48

Figura 4.6: Microscópio ótico utilizado na análise mineralógica.


Foram realizadas análises quantitativas e qualitativas dos elementos químicos

presentes em cada amostra através da técnica de fluorescência de raios X por

dispersão de energia (EDX). Esta análise foi feita com o objetivo de reforçar os

resultados obtidos na análise mineralógica, uma vez que a técnica de EDX possui um

desvio de erro menor. Nesta análise as amostras foram colocadas em um suporte e

inseridas no espectrômetro de raios X por energia dispersiva SHIMADZU EDX-720,

conforme mostra Figura 4.7. Esta análise foi realizada no Centro Minero-Metalúrgico

da REDEMAT.

Figura 4.7: Espectrômetro de raios X por energia dispersiva SHIMADZU EDX-720

49


A análise térmica foi realizada com a utilização da técnica de Termogravimetria (TGA)

que consiste no aquecimento da amostra a partir da temperatura ambiente até a uma

temperatura máxima estabelecida, que pode atingir até 1500°C. Esta análise foi

realizada com o objetivo de investigar o comportamento das amostras quando

submetidas a uma grande variação de temperatura. As amostras foram aquecidas até

1000°C em atmosfera ambiente, a uma taxa de aquecimento de 20°C por minuto. A

análise térmica foi realizada no Laboratório de Análises Térmicas do Departamento de

Química da UFOP, localizado no Instituto de Ciências Exatas e Biológicas (ICEB).

4.3.4 Difração de Raios X

Foi realizada uma análise qualitativa dos minerais presentes nas amostras através da

técnica de difração de raios X. Esta análise foi realizada com o objetivo de avaliar

quais as fases cristalinas presentes em cada amostra. As amostras foram prensadas a

mão em uma lâmina de vidro e inseridas no difratômetro de raios X, conforme mostra

a Figura 4.8, em que foram realizadas as medições com o ângulo de varredura de 2θ e

ânodo de cobre. As medidas foram feitas no Laboratório de Difração de Raios X, do

Departamento de Geologia da UFOP.

Figura 4.8: Difratômetro de raios X utilizado neste trabalho.

4.3.5 Análise magnética

Para realizar as medidas da força magnética especifica foi montado um arranjo

constituído por uma balança analítica, uma imã e um copo de plástico em que foram

50

colocadas as amostras. Primeiramente foram feitas as pesagens das amostras sem a

presença do imã. Em seguida, foi colocado o imã na balança e feita a tara, para que

fossem feitas as pesagens das amostras na presença do imã. Estas pesagens foram

feitas para todas as amostras, antes e depois do tratamento térmico. A Figura 4.9

mostra o arranjo utilizado para as pesagens das amostras.

Figura 4.9: Arranjo utilizado para a pesagem das amostras: (a) pesagem sem o imã e

(b) pesagem como imã.

Após coleta todos os resultados foram feitos os cálculos para a obtenção da força

magnética especifica das amostras. O cálculo foi feito através da formula abaixo.

Sendo:

= força magnética especifica;

= massa da amostra na presença do campo magnético;

= massa da amostra sem a presença do campo magnético.

51

5 RESULTADOS E DISCUSSÕES

5.1 Amostras tratadas

Será atribuída a nomenclatura A e B para distinção das amostras estudadas. Ambas

as amostras foram divididas por faixas granulométricas via cyclosizer e passaram por

um tratamento térmico, nas quais foram submetidas a uma variação de temperatura

até 850ºC em atmosfera ambiente. Cada conjunto de amostras é composto por 10

amostras divididas em faixas granulométricas, nas quais 5 sofreram tratamento

térmico e outras 5 que não sofreram. Os resultados que serão mostrados e discutidos

neste capítulo são referentes às concentrações de minerais de ferro e outros minerais

presentes em cada faixa granulométrica e as caracterizações realizadas nas amostras

antes e após o tratamento térmico.

5.2 Amostra A antes do tratamento térmico

Neste tópico serão apresentados os resultados obtidos referentes às concentrações e

caracterizações da Amostra A antes de sofrer o tratamento térmico.


A amostra passou, inicialmente, por um processo de separação granulométrica via

cycloziser com o objetivo de avaliar a concentração de minério presente em diferentes

faixas de tamanhos de partículas. A Tabela 5.1 mostra os resultados obtidos da

separação granulométrica da Amostra A.

Tabela 5.1: Resultados obtidos da separação granulométrica da Amostra A.

FAIXA (µm) PESO (g) RETIDO %

+32 8,59 10,09%

-32 +20 7,39 8,68%

-20 +15 6,11 7,18%

-15 +7 17,85 20,97%

-7 +4 8,93 10,49%

-4 36,23 42,58%

Soma 85,1 100,00%

De acordo com os resultados obtidos do ensaio de separação granulométrica (Tabela

5.1), têm-se grande parte (42,58%) do material retido em faixas inferiores a 4 μm,

sendo este material considerado difícil para reutilização por ser muito fino, no qual

ainda não existe uma tecnologia eficiente para trabalhá-lo, o que dificulta o processo

de beneficiamento. Neste caso este material retido em faixas inferiores a 4 μm não foi

52

objeto de estudo deste trabalho. Entretanto, em faixas entre 4 e 32 μm, existe cerca de

47,32 % de material retido, que terá sua concentração de minério de ferro avaliada nos

próximos tópicos e dependendo dos resultados poderá ser considerado viável para a

reutilização em processos de beneficiamento e siderúrgicos.


A partir da separação granulométrica feita na amostra A, cujos resultados já foram

detalhados anteriormente, foi realizada a análise mineralógica em cada faixa

granulométrica. O objetivo desta análise é a caracterização dos minerais presentes em

cada faixa granulométrica e estabelecer a relação entre a concentração das fases

ricas em ferro e o tamanho de partículas. A Tabela 5.2 mostra os resultados obtidos da

análise feita na Amostra A.

Tabela 5.2: Distribuição em massa dos minerais presentes na amostra A.

MINERAIS (%) +32 µm -32 +20 µm -20 +15 µm -15 +7 µm -7 +4 µm

Hematita tabular monocristalina 12,6 19,28 27,82 40,45 34,97

Hemat. granular monocristalina 34,49 29,94 46,76 47,76 60,39

Hematita tabular policristalina 0,19 0 0 0,14 0

Hemat. granular policristalina 0 0,14 0,35 0,14 0

Hematita lobular 23,26 21,99 11,54 5,7 0,6

Martita 6,63 1,29 1,36 0,61 0

Magnetita 0,37 0 0 0 0

Goethita 0,74 2,53 0,95 1,42 1,3

Agregado 0,38 0,45 0,23 0,09 0,07

Quartzo 20,95 24,28 10,99 3,31 1,78

Outros 0,38 0,09 0 0,37 0,89

Desta forma, foi obtido o gráfico que mostra a relação entre as fases minerais

presentes e a faixa granulométrica. A Figura 5.1 mostra o gráfico de colunas obtido

para os resultados da Amostra A.

53

Figura 5.1: Gráfico de colunas da distribuição dos minerais por faixa, da Amostra A.

De acordo com os resultados apresentados para a Amostra A, é observada uma

porcentagem bastante significativa de minerais de ferro presentes nas faixas

granulométricas estudadas. Para que esta constatação seja mais evidente foram feitas

micrografias através de um microscópio ótico. Os resultados obtidos em cada faixa

podem ser vistos a seguir através destas imagens, acompanhadas do gráfico que

mostra a distribuição dos minerais presentes em cada faixa granulométrica na

amostra. A Figura 5.2 mostra a micrografia obtida para amostra A retida em faixas

granulométricas acima de 32 μm.

0,00

20,00

40,00

60,00

80,00

100,00

120,00

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 – 4

Pe

rce

nta

gem

das

fas

es

pre

sen

tes

(%)

Faixa granulometrica (µm)

Distribuição dos minerais por faixa, em massa

Hematita

Martita

Magnetita

Goethita

Agregado

Quartzo

Outros

54


abrange os minerais acima de 32 μm (Amostra A).

A Figura 5.3 mostra o gráfico da distribuição em massa dos minerais presentes na

amostra A retida em faixas granulométricas acima de 32 μm.

Figura 5.3: Gráfico da distribuição dos minerais presentes na amostra retida em faixas

acima de 32μm (Amostra A).

55

A Figura 5.4 mostra a micrografia obtida para amostra A retida em faixas

granulométricas entre 32 e 20 μm.


20 μm (Amostra A).

A Figura 5.5 mostra o gráfico da distribuição granulométrica em massa dos minerais

presentes na amostra A retida em faixa granulométrica entre 32 e 20 μm.


e 20 μm (Amostra A).

56

A Figura 5.6 mostra a micrografia obtida para amostra A retida em faixa

granulométrica entre 20 e 15 μm.


(Amostra A).


amostra A retida em faixas granulométricas entre 20 e 15 μm.



57

A Figura 5.8 mostra a micrografia obtida para amostra A retida em faixa



(Amostra A).





58

A Figura 5.10 mostra a micrografia obtida para amostra A retida na faixa



(Amostra A).





59

Através dos resultados mostrados anteriormente é possível observar que a

concentração de hematita (partículas circuladas em vermelho) aumenta e a de quartzo

(partículas circuladas em azul) diminui à medida que ocorre a diminuição da

granulometria. Desta forma é possível afirmar que nas faixas mais finas, ou seja, entre

15 e 4 µm, têm-se uma maior concentração de hematita, tornando esta faixa de maior

interesse de estudo.


Com o objetivo de caracterizar qualitativamente e quantitativamente os minerais

presentes em cada faixa granulométrica, foi realizada análise de dispersão de raios X

(EDX) para a Amostra A, antes do tratamento térmico. A Tabela 5.3 traz os resultados

obtidos para a Amostra A antes do tratamento térmico, seguido da Figura 5.12 que

traz um gráfico representativo.

Tabela 5.3: Resultados de EDX com porcentagens em massa para Amostra A antes

tratamento térmico por faixa granulométrica.

Faixa granulométrica (µm)

% Fe2O3

% SiO2 % SO3 % MnO % CaO

+32 78.385 20.721 0.685 0.167 0.091

-32 +20 89.596 9.754 0.713 0.089 0.076

-20 +15 87.851 9.897 0.823 0.259 0.042

-15 +7 92.127 6.492 0.643 0.315 0.053

-7 +4 93.078 5.769 0.532 0.498 0.038

Figura 5.12: Fração em massa dos minerais presentes, baseada nos resultados de

EDX para Amostra A antes do tratamento térmico por faixa granulométrica.

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

100.000

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

Minerais presentes na amostra A antes do tratamento térmico

% Fe2O3

% SiO2

% SO3

% MnO

% CaO

60

A hematita e a sílica são os minerais em maior concentração de acordo com os

resultados acima, desta forma foi feito um comparativo do comportamento das

concentrações com a diminuição da granulometria. A Figura 5.13 e a Figura 5.14

mostram os gráficos da concentração em massa de hematita e sílica, respectivamente,

em relação à diminuição da granulometria.


diminuição da granulometria


da granulometria.

De acordo com o gráfico da Figura 5.13, a concentração de hematita tende a aumentar

quando a granulometria diminui da faixa acima de 32µm para a faixa entre 7 e 4µm. Já

70.000

75.000

80.000

85.000

90.000

95.000

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

% de Fe2O3 na amostra A antes do tratamento térmico

Fe2O3

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

% de SiO2 na amostra A antes do tratamento térmico

SiO2

61

no gráfico da Figura 5.14, observa-se que a concentração de sílica tende a diminuir

quando a granulometria decresce da faixa acima de 32µm para a faixa entre 7 e 4 µm.

5.2.4 Difração de raios X

Foram realizadas análises por difração de raios X com o objetivo de avaliar

qualitativamente as fases cristalinas presentes em cada faixa granulométrica. A seguir

têm-se os difratogramas obtidos para cada faixa granulométrica da Amostra A antes

do tratamento térmico.

A Figura 5.15 mostra o difratograma obtido para a amostra A retida em faixas

granulométricas acima de 32 μm.


retida em faixas acima de 32μm.

62




retida na faixa entre 32 e 20 μm.

63




retida na faixa entre 20 e 15μm.

64




retida na faixa entre15 e 7 μm.

65





66


Com o objetivo de investigar o comportamento das amostras quando submetidas a

uma alta variação de temperatura, foram feitas medidas de termogravimetria (TGA)

das amostras obtidas em cada faixa granulométrica. As amostras foram aquecidas até

1000°C, em atmosfera ambiente, com uma taxa de 20°C/min. Os resultados das

curvas de TGA e DTA da Amostra A serão mostrados a seguir.

Figura 5.20: Curva de TGA-DTA da Amostra A, retida em faixas acima de 32μm.

Pode-se observar, conforme Figura 5.20, que ocorre perda de massa nos intervalos de

20°C a 70°C (0,15%), 70°C a 425°C (0,45%), 420°C a 627°C (0,05%) e ganho de

massa no intervalo de 627°C a 930°C (0,16%). Também ocorre um pico endotérmico

em 573,79°C que está relacionado à transformação cristalina do quartzo.

67

Figura 5.21: Curva de TGA-DTA da Amostra A, retida entre 32 e 20 μm.

De acordo com a Figura 5.21, ocorre perda de massa nos intervalos de 17°C a 55°C

(0,14%), 200°C a 427°C (0,38%), 427°C a 675°C (0,80%). Já nos intervalos de 55°C a

200°C (0,74%) e 675°C a 970°C (0,06%) ocorre ganho de massa. Neste gráfico não é

observada a ocorrência de nenhum pico endotérmico.

68


A Figura 5.22 mostra que há perda de massa nos intervalos de 25°C a 67°C (0,13%),

200°C a 395°C (0,26%) e 395°C a 698°C (0,09%). Nos intervalos de 67°C a 200°C

(0,03%) e 698°C e 972°C (0,06%) ocorre ganho de massa. Neste gráfico não é

observada a ocorrência de nenhum pico endotérmico.

69


Na Figura 5.23 vemos que ocorre perda de massa nos intervalos de 23°C a 130°C

(0,19%), 130°C a 435°C (0,46%) e 435°C a 602°C (0,10%). Ocorre ganho de massa

no intervalo de 602°C a 975°C (0,23%). Neste termograma também não foi indicado

nenhum pico endotérmico.

70


De acordo com a Figura 5.24 perda de massa nos intervalos de 25°C a 70°C (0,20%),

180°C a 400°C (0,81%) e 400°C a 685°C (0,34%). Nos intervalos de 70°C a 180°C

(0,04%) e 685°C a 973°C (0,16%) ocorre ganho de massa. Também não foi observado

nenhum pico endotérmico.

71

5.3 Amostra B antes do tratamento térmico

Neste tópico serão apresentados os resultados obtidos da caracterização da Amostra

B antes de sofrer o tratamento térmico.


Na Tabela 5.4, tem-se os resultados obtidos da separação granulométrica via

cycloziser para a Amostra B. A separação também foi realizada nas mesmas faixas de

tamanhos de partículas que foi feita para Amostra A.

Tabela 5.4: Resultados obtidos da separação granulométrica da Amostra B.

FAIXA (µm) PESO (g) RETIDO %

+32 13,84 3,46%

-32 +20 10,3 2,58%

-20 +15 9,75 2,44%

-15 +7 26,7 6,68%

-7 +4 29,5 7,38%

-4 309,91 77,48%

Soma 400 100,00%

Os resultados da Amostra B mostram que 77,48% de massa foi retido abaixo de 4 μm

e assim como na Amostra A, este material não foi objeto de estudo deste trabalho.

Também é observado que 22,52% de material foi retido entre 4 e 32 μm, que também

terá sua concentração de minério de ferro avaliada e podendo ser considerado viável

para a reutilização em processos de beneficiamento e siderúrgicos.


A partir da separação granulométrica feita na Amostra B, foi realizada a análise

mineralógica em cada faixa granulométrica. A Tabela 5.5 mostra os resultados obtidos

da análise feita na Amostra B.

72

Tabela 5.5: Distribuição em massa dos minerais presentes na Amostra B.

MINERAIS +32 µm -32 +20 µm -20 +15 µm -15 +7 µm -7 +4 µm

Hematita tabular monocristalina 11,34 16,69 20,11 19,95 23,12

Hemat. granular monocristalina 8,37 12,52 20,35 27,12 30,2

Hematita tabular policristalina 0 0 0 0 0

Hemat. granular policristalina 0 0 0 0 0

Hematita lobular 1,99 9,39 4,58 2,6 0,77

Martita 11,14 15,45 16,01 12,85 10,31

Magnetita 8,48 3,45 5,13 1,06 0,34

Goethita 9,45 10,53 11,86 20,66 16,82

Agregado 0,52 1 0,48 0,25 0,8

Quartzo 48,71 30,97 20,62 15,51 17,51

Outros 0 0 0,86 0 0,12

Desta forma, foram feitos os gráficos que mostram a relação entre as fases minerais

presentes e a faixa granulométrica. A Figura 5.25 o gráfico obtido para os resultados

da Amostra B.

Figura 5.25: Gráfico da distribuição dos minerais por faixa da Amostra B.

Observa-se uma porcentagem bastante significativa de minerais de ferro presentes

nas faixas granulométricas estudadas. Também foram feitas micrografias através de

um microscópio ótico, que podem ser vistas a seguir, acompanhada do gráfico que

mostra a distribuição dos minerais presentes na amostra B.

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 – 4

Pe

rce

ntu

al d

as f

ase

s p

rese

nte

s (%

)

Faixa granulometrica (µm)

Distribuição dos minerais por faixa, em massa

Hematita

Martita

Magnetita

Goethita

Agregado

Quartzo

Outros

73

A Figura 5.26 mostra a micrografia obtida para amostra B retida na faixa

granulométrica acima de 32 μm.


abrange os minerais acima de 32 μm (Amostra B).


amostra B retida na faixa granulométrica acima de 32 μm.

Figura 5.27: Gráfico da distribuição dos minerais presentes na amostra retida acima

de 32 μm (Amostra B).

74

A Figura 5.28 mostra a micrografia obtida para amostra B retida em faixas



20 μm (Amostra B).


presentes na amostra B retida em faixas granulométricas entre 32 e 20 μm.


e 20 μm (Amostra B).

75



Figura 5.30: Imagem de microscopia referente à faixa granulométrica entre 20 e 15

μm (Amostra B).





76




(Amostra B).





77




(Amostra B).


presentes na amostra A retida em faixas granulométricas entre 7 e 4 μm.



78

Assim como ocorre nos resultados da Amostra A mostrados no tópico anterior, é

possível observar que a concentração de hematita (partículas circuladas em vermelho)

aumenta e a de quartzo (partículas circuladas em azul) diminui à medida que ocorre a

diminuição da granulometria. Desta forma é possível afirmar que nas faixas mais finas,

ou seja, entre 15 e 4 µm tem-se uma maior concentração de hematita, tornando esta

faixa de maior interesse de estudo.


Também foi realizada análise de dispersão de raios X para a Amostra B antes do

tratamento térmico com o objetivo de caracterizar qualitativamente e quantitativamente

os minerais presentes em cada faixa granulométrica. A Tabela 5.6 traz os resultados

obtidos para a Amostra B antes do tratamento térmico, seguido da Figura 5.36 que

traz um gráfico representativo.

Tabela 5.6: Concentração em massa obtida dos resultados de EDX para Amostra B

antes tratamento térmico, por faixa granulométrica.

Faixa granulométrica (µm) % Fe2O3 % SiO2 % SO3 % MnO % CaO % CuO

+32 79.069 19.773 0.872 0.138 0.107 0.039

-32 +20 73.709 25.546 0.650 0.089 0.079 0

-20 +15 89.047 10.066 0.723 0.092 0.073 0

-15 +7 89.661 9.878 0.310 0.092 0.059 0

-7 +4 90.728 8.646 0.440 0.109 0.076 0

Figura 5.36: Concentração em massa dos minerais, baseada nos resultados de EDX

para Amostra B antes do tratamento térmico, por faixa granulométrica.

0

10.000

20.000

30.000

40.000

50.000

60.000

70.000

80.000

90.000

100.000

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

Minerais presentes na amostra B antes do tratamento térmico

% Fe2O3

% SiO2

% SO3

% MnO

% CaO

% CuO

79

Foi feito um comparativo do comportamento da concentração de hematita e sílica,

minerais em maior concentração, com a diminuição da granulometria. A Figura 5.34 e

a Figura 5.35 mostram os gráficos da concentração do ferro e silício, respectivamente,

em relação à diminuição da granulometria.


diminuição da granulometria.


da granulometria.

Analisando o gráfico da Figura 5.37, a concentração de hematita tende a aumentar

quando a granulometria diminui da faixa acima de 32µm para a faixa entre 7 e 4 µm.

60.000

65.000

70.000

75.000

80.000

85.000

90.000

95.000

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

% de Fe2O3 na amostra B antes do tratamento térmico

Fe2O3

0

5.000

10.000

15.000

20.000

25.000

30.000

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

% de SiO2 na amostra B antes do tratamento térmico

SiO2

80

No gráfico da Figura 5.38, observa-se que a concentração de sílica tende a diminuir

quando a granulometria diminui da faixa acima de 32µm para a faixa entre 4 e 7 µm.


Foram realizadas análises por difração de raios X com o objetivo de avaliar

qualitativamente as fases cristalinas presentes em cada faixa granulométrica. A seguir

têm-se os difratogramas obtidos para cada faixa granulométrica da Amostra B antes


A Figura 5.39 mostra o difratograma obtido para a amostra B retida em faixas

granulométricas acima de 32 μm



81





82





83





84





85


Também foram feitas medidas de termogravimétria (TGA) das amostras obtidas em

cada faixa granulométrica para a Amostra B. As amostras foram aquecidas até

1000°C, em atmosfera ambiente, com uma taxa de 20°C/min. A seguir têm-se os

resultados de TGA obtidos para o conjunto de Amostras B.

Figura 5.44: Curva de TGA-DTA da Amostra B, retida em faixas acima de 32μm.

Pode-se observar na Figura 5.44 que ocorre perda de massa nos intervalos de 15°C a

100°C (0,11%), 100°C a 378°C (0,77%), 378°C a 800°C (0,20%) e ganho de massa

entre 800°C a 980°C (0,02%). Em 329,09°C observa-se um pico endotérmico que

indica a desidroxilação da ghoetita e o pico endotérmico em 570°C indica a

transformação cristalina do quartzo.

86

Figura 5.45: Curva de TGA-DTA da Amostra B, retida entre 32 e 20 μm.

A Figura 5.45 mostra que existe perda de massa nos intervalos de 25°C a 98°C

(0,08%) e 98°C a 975°C (1,57%). Os picos endotérmicos em 320,26°C e 570°C

correspondem, respectivamente, a desidroxilação da ghoetita e transformação

cristalina do quartzo.

87


Conforme a Figura 5.46 é observada perda de massa nos intervalos de 10°C a 101°C

(0,17%), 101°C a 800°C (1,88%) e 800°C a 980°C (0,07%). Também são observados

dois picos endotérmicos em 325,31°C e 570°C, que indicam a desidroxilação da

ghoetita e a transformação cristalina do quartzo, respectivamente.

88


A Figura 5.47 mostra que ocorre perda de massa nos intervalos de 25°C a 102°C

(0,16%) e 102°C a 982°C (2,44%). O pico endotérmico em 317,74°C indica a

desidroxilação da ghoetita.

89

.


De acordo com a Figura 5.48, tem-se perda de massa nos intervalos de 20°C a 110°C

(0,21%) e 110°C a 981°C (3,36%). Em 322,79°C ocorre um pico endotérmico que

indica a desidroxilação da ghoetita.

90

5.4 Amostra A após tratamento térmico


A Tabela 5.7 e o gráfico da Figura 5.49 trazem os resultados da análise de EDX para a

Amostra A após o tratamento térmico.

Tabela 5.7: Concentrações em massa dos minerais baseadas nos resultados de EDX

para Amostra A, após tratamento térmico, por faixa granulométrica.

Faixa granulométrica (µm) % Fe2O3 % SiO2 % SO3 % MnO % CaO

+32 87.750 11.326 0.638 0.286 0

-32 +20 94.362 4.890 0.582 0.167 0

-20 +15 91.843 7.120 0.732 0.305 0

-15 +7 96.112 2.948 0.542 0.398 0

-7 +4 96.917 2.214 0.407 0.461 0

Figura 5.49: Gráfico baseados nos resultados de EDX para Amostra A após


Os minerais encontrados em maior abundância foram a hematita e a sílica. Neste

caso, foi feito um comparativo do comportamento da concentração destes minerais

com a diminuição da granulometria. A Figura 5.50 traz o gráfico do comportamento da

concentração de hematita com a diminuição da granulometria e a Figura 5.51 traz o

comportamento da concentração de sílica.

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

Minerais presentes na amostra A depois do tratamento térmico

% Fe2O3

% SiO2

% SO3

% MnO

% CaO

91



Figura 5.51: Gráfico do comportamento da concentração de silica com a diminuição

da granulometria.

A Figura 5.50 mostra que a concentração de hematita tende a aumentar à medida que

a granulometria diminui da faixa acima de 32µm para a faixa entre 7 e 4 µm. Na Figura

5.51 é observado que a concentração de sílica tende a diminuir quando a

granulometria diminui da faixa acima de 32µm 7 e 4 µm.


Com o objetivo de investigar as fases cristalinas presentes foram feitas análises de

DRX na Amostra A após o tratamento térmico. A seguir têm-se os resultados obtidos.

82.000

84.000

86.000

88.000

90.000

92.000

94.000

96.000

98.000

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

% de Fe2O3 na amostra A depois do tratamento térmico

Fe2O3

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

% de SiO2 na amostra A depois do tratamento térmico

SiO2

92


granulométricas acima de 32 μm depois do tratamento térmico.



93


granulométricas entre 32 e 20 μm, depois do tratamento térmico.



94





95





96





97

5.5 Amostra B após tratamento térmico


A Tabela 5.8 e o gráfico da Figura 5.57 trazem os resultados da análise de EDX para a

Amostra B após o tratamento térmico.

Tabela 5.8: Resultados de EDX para Amostra B após tratamento térmico por faixa

granulométrica

Faixa granulométrica (µm) % Fe2O3 % SiO2 % SO3 % MnO % CaO % CuO

+32 90.425 8.571 0.750 0.210 0 0.043

-32 +20 88.289 10.893 0.621 0.124 0 0

-20 +15 93.291 5.759 0.565 0.088 0.056 0

-15 +7 94.425 4.782 0.562 0.177 0.055 0

-7 +4 94.922 4.426 0.457 0.116 0.079 0

Figura 5.57: Gráfico baseado nos resultados de EDX para Amostra B após o


As Figura 5.58 e 5.59 trazem as concentrações de hematita e sílica, respectivamente,

em relação à diminuição da granulometria. Estes elementos, assim como nos

resultados anteriores, foram encontrados em maior concentração.

0

20.000

40.000

60.000

80.000

100.000

120.000

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

Minerais presentes na amostra B depois do tratamento térmico

% Fe2O3

% SiO2

% SO3

% MnO

% CaO

% CuO

98




da granulometria.

O gráfico da Figura 5.58 mostra que a concentração de hematita tende a aumentar à

medida que a granulometria diminui da faixa acima de 32 µm para a faixa entre 7 e 4

µm e a Figura 5.59 mostra que a concentração de sílica tende a aumenta à diminuir da

faixa acima de 32 µm para a faixa entre 7 e 4 µm.

84.000

86.000

88.000

90.000

92.000

94.000

96.000

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

% de Fe2O3 na amostra B depois do tratamento térmico

Fe2O3

0

2.000

4.000

6.000

8.000

10.000

12.000

>32 32 - 20 20 - 15 15 - 7 7 - 4

% de SiO2 na amostra B depois do tratamento térmico

SiO2

99


Com o objetivo de investigar as fases cristalinas presentes foram feitas análises de

DRX na Amostra B após o tratamento térmico. A seguir têm-se os resultados obtidos.


granulométricas acima de 32 μm, depois do tratamento térmico.



100





101





102





103


granulométricas entre 7 e 4, depois do tratamento térmico.



104

5.6 Análise magnética

Foi realizada uma análise do comportamento das amostras na presença de um campo

magnético. Esta análise foi realizada nas amostras antes depois de passarem por

tratamento térmico. A Tabela 5.9 mostra os resultados obtidos para a amostra A antes


Tabela 5.9: Força magnética específica para a amostra A antes do tratamento térmico.

A Tabela 5.10 mostra os resultados obtidos para a amostra A depois do tratamento

térmico.

Tabela 5.10: Força magnética específica para a amostra A depois do tratamento

térmico.

Desta forma foi obtido o gráfico dos resultados da força magnética específica para a

amostra A, antes de depois do tratamento térmico. A Figura 5.65 traz o gráfico obtido.

FAIXA GRANULOMÉTRICA

MASSA NA AUSENCIA DO

CAMPO (g)

MASSA PRESENÇA DE

CAMPO (g)

FORÇA MAGNÉTICA

ESPECÍFICA (gF/g)

+32 1,754 -0,047 0,026795895

-32 +20 1,993 -0,049 0,024586051

-20 +15 1,086 -0,022 0,020257827

-15 +7 1,258 -0,034 0,027027027

-7 +4 1,927 -0,064 0,033212247



CAMPO (g)

MASSA PRESENÇA DE

CAMPO (g)

FORÇA MAGNÉTICA

ESPECÍFICA (gF/g)

+32 0,9957 -0,1572 0,157878879

-32 +20 1,0411 -0,1555 0,149361253

-20 +15 0,871 -0,0961 0,110332951

-15 +7 1,6892 -0,5456 0,322993133

-7 +4 1,1857 -0,3501 0,295268618

105

Figura 5.65: Gráfico da força magnética específica para a amostra A.

De acordo com a Figura 5.65, pode-se observar que a força magnética específica da

amostra A antes do tratamento térmico se mantém constante com a diminuição da

granulometria e na amostra A depois do tratamento térmico, observa-se uma

tendência ao crescimento da força magnética específica.

Assim como feito para a amostra A, foi feita a análise do comportamento das amostras

na presença de um campo magnético para a amostra B. A Tabela 5.11 mostra os

resultados obtidos para a amostra B antes do tratamento térmico.

Tabela 5.11: Força magnética específica para a amostra B antes do tratamento

térmico.

A Tabela 5.12 mostra os resultados obtidos para a amostra B depois do tratamento

térmico.



CAMPO (g)

MASSA PRESENÇA DE

CAMPO (g)

FORÇA MAGNÉTICA

ESPECÍFICA (gF/g)

+32 3,5467 -5,9733 1,684185299

-32 +20 2,9811 -4,9082 1,646439234

-20 +15 3,0846 -5,7757 1,872430785

-15 +7 3,6652 -6,9527 1,896949689

-7 +4 4,2678 -7,4229 1,739280191

106

Tabela 5.12: Força magnética específica para a amostra B depois do tratamento

térmico.

A Figura 5.66 traz o gráfico obtido dos resultados da força magnética específica para a

amostra B antes de depois do tratamento térmico.

Figura 5.66: Gráfico da força magnética específica para a amostra B.

De acordo com a Figura 5.66, observa-se que na amostra B antes do tratamento

térmico ocorre uma tendência ao crescimento da força magnética específica com a

diminuição da granulometria, enquanto que para a mesma amostra depois do

tratamento térmico o que se observa é que a força magnética específica mantém-se

constante, com a diminuição da granulometria.



CAMPO (g)

MASSA PRESENÇA DE

CAMPO (g)

FORÇA MAGNÉTICA

ESPECÍFICA (gF/g)

+32 2,0787 -0,5154 0,247943426

-32 +20 1,903 -0,209 0,10982659

-20 +15 1,9746 -0,2806 0,14210473

-15 +7 3,0233 -0,4843 0,160189197

-7 +4 2,4131 -0,2505 0,103808379

107

5.7 Discussão

Separação granulométrica

Fazendo uma comparação entre os resultados da Amostra A e B, observa-se que em

A tem-se um passante de material abaixo de 4 μm com 42,58% da massa total e em B

esta porcentagem sobe para 77,48%. Considerando o fato das duas amostras serem

de empresas distintas, isto pode esta relacionado ao processo de beneficiamento, que

faz com na Amostra B exista uma quantidade maior de material com tamanho de

partícula abaixo de 4 μm comparado com a quantidade obtida na Amostra A, o que

poderá ocorrer um maior aproveitamento de material presente na Amostra A do que

em B.

Analise mineralógica

Através dos resultados de análise mineralógica, observa-se que a distribuição de

hematita aumenta e a de quartzo diminui à medida que ocorre a diminuição da

granulometria, em ambas as amostras A e B. Desta forma é possível afirmar que nas

faixas mais finas, ou seja, entre 15 e 4 µm têm-se uma maior concentração de

hematita, tornando esta faixa de maior interesse de estudo.

Analise química

Os resultados da análise química nas amostras A e B é mostram que os minerais com

maior concentração são a hematita e sílica, reforçando os resultados da análise

mineralógica, que mostram que os minerais com maior distribuição em massa nas

amostras são a hematita e o quartzo. Também se pode observar que as

concentrações de hematita aumentam à medida que a granulometria diminui e a de

sílica diminui, também satisfazendo os resultados obtidos na análise mineralógica.

Analise térmica

As curvas de TGA obtidas na analise térmica no conjunto de amostras A indicam que

ocorre perda de massa nos primeiros intervalos de temperatura e pequenos ganhos de

massa nos últimos intervalos. A primeira perda de massa esta relacionada à

desidratação. Observa-se que em alguns casos picos endotérmicos em torno de

570ºC, que pode estar relacionado à transformação cristalina do quartzo. Já no

conjunto de amostras B observa-se também que nos primeiros intervalos de

temperatura ocorre perda de massa e pequenos ganhos de massa nos intervalos

finais. Diferente da amostra A, são vistos picos endotérmicos em torno dos 329ºC, isto

108

ocorre devido à presença da goetita, que nesta temperatura sofre desidroxilação.

Também é notado em alguns casos pico endotérmico próximo a 570ºC, que indica

transformação cristalina do quartzo.

Difração por raios x

De acordo com os resultados de difração de raios X, as amostras apresentam suas

composições mineralógicas semelhantes, compostas essencialmente pelos minerais

hematita, quartzo, ghoetita, gibbsita e caulinita. Em alguns casos, foi observada a

presença de talco, muscovita e cordierita. As medidas de DRX foram obtidas nas

amostras antes e após o tratamento térmico. Desta forma foram feitas as seguintes

comparações dos resultados obtidos para os conjuntos de amostras A e B, para cada

faixa granulométrica, antes e após o tratamento térmico. Seguem abaixo as

considerações feitas para os resultados obtidos para a Amostra A.

Na faixa granulométrica acima de 32μm da Amostra A, o difratograma da Figura

5.15 mostra a presença de quartzo, hematita e gibbsita na amostra antes do

tratamento térmico e no difratograma da Figura 5.52 é observada a presença de

quartzo, hematita e caulinita na amostra após o tratamento térmico.

Na faixa entre 32 e 20 μm da Amostra A, o difratograma da Figura 5.16 mostra que

a presença de quartzo, hematita, caulinita, gibbsita e talco na amostra antes do

tratamento térmico, e no difratograma da Figura 5.53 mostra a presença de

quartzo e hematita, na amostra após o tratamento térmico. É possível observar

que após o tratamento térmico não é mais detectada a presença da caulinita,

gibbsita e talco, mantendo-se apenas o quartzo e a hematita.


a presença de quartzo, hematita, caulinita e muscovita na amostra antes do

tratamento térmico, e no difratograma da Figura 5.54 mostra a presença de

quartzo, hematita e muscovita na amostra após o tratamento térmico. Comparando

os resultados obtidos nos difratogramas, observa-se a caulinita não se encontra

presente na amostra após o tratamento térmico, permanecendo o quartzo,

hematita e muscovita.


a presença de hematita, quartzo, caulinita e talco amostra antes do tratamento

térmico, e no difratograma da Figura 5.55 mostra a presença de hematita, quartzo,

cordierita e muscovita na amostra após o tratamento térmico. Observando os

resultados obtidos nos difratogramas é vista a presença de caulinita e talco na

amostra antes do tratamento térmico e a cordierita e muscovita na amostra após o

109

tratamento térmico. Em ambos os casos, nota-se a presença de hematita e de

quartzo.

Na faixa entre 7 e 4 μm da Amostra A, o difratograma da Figura 5.19 mostra que a

presença de hematita, quartzo, caulinita, gibbsita e talco na antes do tratamento

térmico, e no difratograma da Figura 5.56 mostra a presença de hematita, quartzo

e caulinita na amostra após o tratamento térmico. Comparando os resultados

obtidos nos difratogramas é visto que com o tratamento térmico não é mais

detectada a presença da gibbsita e do talco, mantendo-se presente a hematita, o

quartzo e a caulinita.

Seguem abaixo as considerações feitas para os resultados obtidos para a Amostra B.

De acordo com a Figura 5.39 e a Figura 5.60 é observada a presença de quartzo e

hematita na Amostra B antes e após o tratamento térmico, com granulometria

acima de 32μm. Portanto, com base na análise dos difratogramas, é visto que com

o tratamento térmico a amostra manteve-se inalterada.

De acordo com a Figura 5.40 e Figura 5.61 é observada a presença de quartzo e

hematita na Amostra B antes e após o tratamento térmico, com granulometria

acima de 32 e 20μm. Portanto, com base na análise dos difratogramas, é visto que

com o tratamento térmico a amostra manteve-se inalterada.

De acordo com a Figura 5.41 observa-se a presença de hematita, quartzo e

goethita na Amostra B sem tratamento térmico, e a Figura 5.62 indica a presença

de hematita e quartzo na amostra B com tratamento térmico, com granulometria

entre 20 e 15μm. Baseado nos resultados destes difratogramas é visto que com o

tratamento térmico a goethita, fase mineral que estava presente antes do

tratamento, deixa de ser detectada.


goethita na amostra B sem tratamento térmico, e a figura 5.63 indica a presença


entre 15 e 7μm. Assim como na Amostra B retida entre 20 e 15μm, após o

tratamento térmico não é mais observada à presença da goethita.


goethita na amostra B sem tratamento térmico, e a figura 5.64 indica a presença


entre 7 e 4 μm. Baseado nos resultados também não é observada a presença da

goethita após o tratamento térmico.

110

Tratamento térmico

Das observações feitas com respeito ao tratamento térmico a 850°C ao ar, é

importante notar que ele não foi capaz de produzir a formação de uma fase estável de

magnetita. Isto se deu justamente pelo fato de os tratamentos terem sido realizados ao

ar, de modo que chegou-se mesmo a observar, nas análises térmicas, reações de

oxidação em altas temperaturas.

Análise magnética

A amostra A, apresentou a magnetização aumentada após o tratamento térmico. O

que sabemos para esta amostra, através das outras técnicas de caracterização

realizadas, é que após o tratamento ocorre a variação da concentração

aluminossilicatos e quartzo. Neste caso não foi possível identificar o fenômeno

específico que fez com que a magnetização aumentasse.

A amostra B tem sua magnetização diminuída após o tratamento térmico, o que pode

ser explicado pelo fato desta conter inicialmente certo teor de magnetita, que foi

oxidado com o tratamento.

111

6 CONCLUSÕES

Existe uma grande quantidade de material que possui valor econômico nos rejeitos de

beneficiamento de minério de ferro estudados neste trabalho.

Na amostra A, cerca de 47% do material foi retido em faixas entre 32 e 4 μm e na

amostra B cerca de 23%.

Na amostra A foi observado que 43% da massa do material estudado se encontra em

faixas granulométricas abaixo de 4 μm e na amostra B este percentual é algo em torno

de 77%. Isto indica diferenças significativas dos processos de beneficiamento.

Entre 15 e 4 μm foram observadas os maiores valores de concentração de hematita,

sendo que na amostra A este valor é cerca de 92% e na amostra B é cerca de 47%.

Nos rejeitos de concentração de minério de ferro estudados, a concentração de

hematita aumenta com a diminuição da granulometria e a de sílica diminui.

Os principais minerais encontrados na amostra A antes e após o tratamento térmico

foram hematita, quartzo, gibbsita e caulinita. Em alguns casos, após o tratamento

térmico não foram detectadas as presenças da caulinita e do talco, o que indica que

houve decomposição térmica destes minerais.

Na amostra B, os principais minerais identificados foram hematita, quartzo e goetita.

Em alguns casos a goetita não é detectada nas amostras após o tratamento térmico, o

que pode estar relacionado ao processo de desidroxilação, seguido de oxidação, para

formação de hematita.

O tratamento térmico a 850°C ao ar não foi capaz de produzir a formação de uma fase

estável de magnetita.

Separar o rejeito por tamanhos de partículas possibilita a separação das faixas que

contém maiores concentrações de minerais de ferro.

O tratamento térmico realizado diminui a concentração das demais fases minerais,

favorecendo a concentração dos minerais de ferro.

112

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

Para complementação dos estudos realizados neste trabalho seria interessante fazer

análises a respeito das propriedades magnéticas, como por exemplo, a

susceptibilidade magnética dos materiais trabalhados, com o objetivo de avaliar o

comportamento deste na presença de campos magnéticos. Este estudo pode ser

realizado em função do tamanho de partículas, em que será possível estabelecer uma

relação entre a susceptibilidade magnética e a diminuição do tamanho de partículas.

113

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Referências bibliográficas Citadas

BARRETO, M. L. Mineração e desenvolvimento sustentável: desafios para o Brasil.

Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2001. 215p.

BOHLEN, A.; R. KLOCKENKÄMPER, G. TÖLG e B. WIECKEN - Microtome sections

of biomaterials for trace analysis by TXRF. Fres. Z. Anal. Chem., 331: 454, 1988.

BISH, D. L.; REYNOLDS, R. C. Sample preparation for X-ray diffraction. In: Modern

Powder Diffaction. Mineralogical Society of America, Washington, D.C., 1989, Cap.4,

p.73-97.

CETEM - Caracterização mineralógica de minérios - 2010

DANA, J. D. & HURLBUT JR., C. S. Manual de Mineralogia. Ed. Livros Técnicos e

Científicos Ed. S.A. Rio de Janeiro, 9ª Ed. 642 p. 1984.

DANA, J. D., Manual de Mineralogia, v. 02, 1 ed. Brasil, Livros Técnicos e Científicos.

1976. Científicos. 1976.

DEVANEY, F., D. Introduction – SME Mineral processiin handbook, 1985.

EITEL, W. "The Physical Chemistry of the Silicates", University of Chicago Press,

1954.

ESPÓSITO, T.; ASSIS, A. Método probabilístico acoplado ao método observacional

aplicado à barragem de rejeito. 4º Congresso Brasileiro de Geotecnia Ambiental,

REGEO`99, ABMS, São José dos Campos, 1999. Anais.São Paulo: São José dos

Campos, 1999. pp. 187-184.

IBRAM - 7ª edição do Sistema de Informações e Análises da Economia Mineral

Brasileira -, 2012.

JOHNSON, W.M., MAXWELL, J.A. Rock and mineral analysis. 2nd ed. New York:

John Wiley, 1981. p. 237-405.

J. MCCOLM; "Ceramic Science for Materials Technologists", 1a ed., 1983.

MACHADO, W. G. F., Monitoramento de barragens de contenção de rejeitos da

mineração, São Paulo, 2007.

114

MENDES, M. B. Comportamento Geotécnico de uma Barragem de Rejeito Alteada

para Montante. 2007. Dissertação (Mestrado) – Escola Politécnica da Universidade de

São Paulo, São Paulo, 2007.

NASCIMENTO FILHO, V. F.; POBLETE, V. H.; PARREIRA, P. S.; ESPINOZA, V. e

NAVARRO, A. A. - Sensibilidade analítica de um sistema de fluorescência de raios X

por reflexão total. Anais VII CGEN, Belo Horizonte, MG, 1998.

NEW STEEL SOLUÇÕES SUSTENTÁVEIS. www.newsteel.com.br, acessado em

14/08/2014.

PERES, A. E. C. CHAVES, A. P.; LINS, F. A. F.; TOREM, M. L. Beneficiamento de

Minérios de Ouro. In: Cap. 2 de Extração de Ouro - Princípios, Tecnologia e Meio

Ambiente. CETEM/MCT, Rio de Janeiro, RJ, 322p (2002).

POVEROMO, J. J. Iron Ores. In: The Aise Steel Foundation. (Ed.) Ironmaking Volume

– Chapter 8. Pittsburgh. p. 547 – 5XX, 1999.

REVISTA VIVER BRASIL, Edição Nº 731. www.revistaviverbrasil.com.br, 2009

Rocha, J. M. P., Brandão, P. R. G. Ghoethitas da mina de alegria, MG: Ênfase na

Cristalinidade e na Hidroxilação. In: I Simpósio Brasileiro de Minério de Ferro:

Caracterização, Beneficiamento e Pelotização, 1996, Ouro preto.

RODRIGUES, G. V.; MARCHETTO, O. – Apostila de análises térmicas. Universidade

Federal de Santa Catarina, Santa Catarina, 2002.

ROLIM, J. G. Materiais elétricos. Universidade Federal de Santa Catarina, Santa

Catarina, 2002.

ROSIÈRE, C. A.; QUADE, H.; CHEMALE JR.; F. & SIEMENS, H. As características

mineralógicas, texturais e de anisotropia dos minérios de ferro como parâmetros

geometalúrgicos. In: I Simpósio Brasileiro de minério de ferro: Caracterização,

beneficiamento e pelotização, ABM, Ouro Preto, p. 163 – 179, 1996.

RUCHKYS, U.; MACHADO, M. M. - Oficinas de sensibilização para conservação de

sítios geológicos do Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais, Brasil. UFMG, Belo

Horizonte, 2012.

SALUM, M.J. ASSIS, S.M.; COELHO, E.M. Tratamento de Minérios – Laboratório I.

Departamento de Engenharia de Minas, Universidade federal de Minas Gerais, Belo

Horizonte, 80 p (1998).

http://www.newsteel.com.br/

115

SANTOS, L. D. Caracterização microestrutural de minérios de ferro do quadrilátero

ferrífero, minas gerais. Belo Horizonte, 2002

SOMASUNDARAM , P. Principles of Flocculation, Dispersion and selective

Flocculation. In: Somasundaram , P. Fine particles processing, v. II. 1980

TAKEHARA , L. Caracterização geometalúrgica dos Principais minérios de ferro

brasileiros – Fração sinter feed. Porto Alegre, 2004.

WILLS, B. A. Mineral Processing Technology. An Introduction of the Practical Aspects

of Ore Treatment and Mineral Recovery. (4ª Ed.) Pergamon Press. Oxford, 1988,

785p.

WOLFF, A. P. Caracterização de rejeitos de Minério de Ferro de Minas da Vale. Ouro

Preto, Minas Gerais, 2009.

Referências bibliográficas Consultadas

ABRÃO, P. C. Deposição de rejeitos de Mineração no Brasil. In: Simpósio sobre

barragens de rejeitos e disposição de resíduos.

CORNELL, R. M.; SCHWERTMANN, U. The iron oxides: structure, proprieties,

reactions occurrence and uses. 2ª Ed. Weinheim: Wiley-VCH, 2003. 664 p.

COLPAERT, HUBERTUS - Metalografia dos produtos siderúrgicos.

CULLITY, B. D. Elements of X-ray diffraction. 2.ed. Addison-Wesley Publishing

Company, INC., 1978. 555p.

DAVID J. D., ÖZDEN Ö. Rock Magnetism, Fundamentals and Frontiers, Cambridge

University Press, 1997.

DNPM, - Departamento Nacional de Produção Mineral. Disponível em:

<http://www.dnpm.gov.br > Acesso em: 16/05/2013.

ENDO, I. Análise Estrutural Qualitativa no minério de ferro e encaixantes, na mina de

Timbopeba-Borda Leste do Quadrilátero Ferrífero, Mariana-MG. UFOP, Dissertação

de Mestrado, 1998, 73p. il.

HERNANDEZ, H. M. O. Caracterização geomecânica de rejeitos aplicada a barragens

de aterro hidráulico. Dissertação (Mestrado) - Universidade de Brasília, Brasília, 2002.

116

KÄMPF, N.; CURI, N. Óxidos de ferro: indicadores de ambientes pedogênicos e

geoquímicos. In: TÓPICOS EM CIÊNCIA DO SOLO. Sociedade Brasileira de Ciência

do Solo, Viçosa, v. 1, p. 107-138, 2000.

LAGE, E. A- Separadores magnéticos: Experiência em minério de ferro na Herculano

MELO, V. F., e ALLEONI, L. R. F. Química e mineralogia do solo – parte 1- Conceitos

Básicos. Sociedade Brasileira de Ciência do Solo, Viçosa, 1ª Ed, p. 505-572, 2009.

M.P.F. Introdução ao estudo de minerais e rochas. Viçosa, Imprensa Universitária da

UF.V., 1984. 23p. (Apostila, 182).

PEREIRA, A. R. P. Formação e transformação químico-mineralógica da hematita em

um geodomínio do Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais. Tese (Doutorado) –

Departamento de Química do Instituto de Ciências Exatas da universidade Federal de

Minas Gerais, Belo Horizonte, 2010

PERES, A. E. C. CHAVES, A. P.; LINS, F. A. F.; TOREM, M. L. Beneficiamento de

Minérios de Ouro. In: Cap. 2 de Extração de Ouro - Princípios, Tecnologia e Meio

Ambiente. CETEM/MCT, Rio de Janeiro, RJ.,322p (2002).

RIBEIRO, L. F. M.; ALBUQUERQUE FILHO, L. H. Avaliação da densidade “in situ” de

barragens de rejeitos com o penetrologger. Revista da Escola de Minas, Ouro Preto,

nº 57, p. 277-283, 2004.

ROESER, H. M. P.; ROESER, P. A - O quadrilátero ferrífero - MG, Brasil: aspectos

sobre sua história, seus recursos minerais e problemas ambientais relacionados.

UFOP, Ouro Preto, 2010

ROLIM, J. G. Materiais elétricos. Universidade Federal de Santa Catarina, Santa

Catarina, 2002

SILVA, F.D. Identificação e caracterização de Óxidos de Ferro com Estrutura do

Espinélio em Pedossistemas Desenvolvidos de Tufito da Região do alto Paranaíba,

MG. Dissertação de Mestrado, UFMG, Belo Horizonte, 2003, 74p.

TOMA, H. E.; FERREIRA, A. M. C.; OSORIO, V. K. L.. External weighing with

analytical balances - Determination of magnetic susceptibility of inorganic compounds.

Journal of Chemical Education, 60, 600-601, 1983.

117

VICK, S. G.; A. M. ASCE. Rehabilitation of a gypsum tailings embankment. In:

Conference on Geotechnical for Disposal of Solid Waste Materials, 1977, Michigan.

Proceedings… Michigan: Ann Arbor, 1977. p. 697 to 714.

WAGNER, A. et. alli. A eleição presidencial e a mineração. Gazeta Mercantil 20 de

setembro de 2002. p.A3.

9 PUBLICAÇÕES DO AUTOR RELACIONADAS AO TRABALHO

CORDEIRO, L. C. A., ARAÚJO, F. G. S., MENDES, J. J., ZINATO, N. L. Avaliação da

susceptibilidade magnética de minerais depositados em barragens de rejeitos de

minério de ferro. In: CBECIMAT, 2012, Joinville/SC, Brasil.

CORDEIRO, L. C. A., MENDES, J. J., ARAÚJO, F. G. S. Study of thermal processing

of waste of iron ore treatment, 2013. In: SBPMAT, 2013, Campos do Jordão/SP, Brasil.

CORDEIRO, L. C. A., MENDES, J. J., ARAÚJO, F. G. S. Estudio de pre-tratamiento de

residuos térmica de mejoramiento proceso de mineral de hierro de producción de un

concentrado en bandas ultrafinas. In: 19ª Conferencia del Acero IAS, 2013, Santa Fé

Study of thermal processing of waste of iron ore treatment

L. C. A. Cordeiro1,2

, N. L. Zinato1, J. J. Mendes

1,2, F. G. S. Araújo

1,2

1Universidade Federal de Ouro Preto, MG,Brazil

2Rede Temática em Engenharia de Materiais (Redemat),MG,Brazil

e-mail: [email protected]

Economic development and the emergence of new technologies lead to an increased demand

for minerals and this phenomenon has caused a large increase in the activity of iron mining in

Brazil and in the world in the last decade [1]. Mining activity also requires the application of

new technologies therefore ore reserves are available every day with lower iron content and

more contaminants, requiring beneficiation processes (treatment and concentration), which

generate a large volume of tailings with a considerable content of iron. However, the volume

of waste generated by the process is a strong limiting for mining activities, therefore, is

considered a serious environmental problem and currently, the enterprises have great

difficulty in clearing areas of deposition of these materials. Therefore, this study aims to

investigate the behavior of the constituent materials of these waste when subjected to high

temperatures in order to increase the recovery of iron. The research went through a phase of

mineralogical characterization and by particle size, followed by an analysis by

thermogravimetry (TGA). The results showed that the mineral of interest present in the waste

is concentrated in particle sizes of less than 15 μm (Figure 1), and analysis by

thermogravimetry allowed identify temperature ranges which occur transformations phase

and temperature range which favors treatment thermochemical to convert hematite in

magnetite (Figure 2).

Figure 1: Distribution of minerals by

granulometric range.

Figure 2: Curves of TGA / DTA sample

global iron ore tailings.

Acknowledgments: This work was supported by Gorceix Fundation and UFOP.

References:

[1] Barreto, M. L. Mining and sustainable development: Challenges for Brazil. Rio de

Janeiro: CETEM/MCT, 2001. 215p

leandra carla aparecida cordeiro caracterizaÇÃo de …‡Ão... · caracterização de rejeito de...

Documents