Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios

Report
Procesamiento de minerales I
Introdução ao tratamento de minérios
Maria Luiza Souza
Montevideo
5-9 Agosto 2013
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
O objetivo da atividade mineira é:
1. “descobrir” os recursos minerais escondidos
no subsolo,
2. “trazer” o bem mineral do subsolo até a
superfície para, finalmente,
3. “transformar” este bem mineral a fim de o
mesmo possa ser usado pelas indústrias
metalúrgica, cerâmica, química, etc.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Das três áreas que formam a Engenharia de Minas, cabe ao
tratamento de minérios a terceira atividade citada anteriormente.
Logo, incluímos no tratamento de minérios as seguintes
operações unitárias:
1. Redução de tamanho das partículas;
2. Classificação das partículas por classes de tamanho;
3. Elevação dos teores dos componentes úteis (concentração);
4. Diminuição dos teores dos componentes indesejáveis;
5. Eliminação de propriedades indesejáveis;
6. Manuseio do minério entre operações sucessivas;
7.Operações auxiliares (separação S/L; aglomeração de finos).
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
GEOLOGIA LAVRA
BRITAGEM
PENEIRAMENTO
MANUSEIO
Geólogo
Eng. de minas
Eng. de minas (USA)
Mining geologist
(Japão)
MOAGEM
CLASSIFICAÇÃO
CONCENTRAÇÃO
HIDROMETALURGIA
PIROMETALURGIA
ELETROMETALURGIA
(Brasil)
Eng. metalúrgico
(Brasil)
Eng. Metalúrgico
(USA)
Eng. químico
(Brasil)
Figura 1- Competência profissional em diferentes países
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Menas: Mineral metalífero, principalmente el de hierro, tal como
se extrae del criadero y antes de limpiarlo.
Mineral: Sustancia inorgánica que se halla en la superficie o en las
diversas capas de la corteza del globo, y principalmente aquella
cuya explotación ofrece interés; o la parte útil de una explotación
minera.
Em tratamento de minérios, o importante é entender que o
mineral extraído (ROM) e que será beneficiado, está composto
por dois tipos de materiais: um que tem valor e outro que não
tem valor.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
MATERIAL ÚTIL = *CONCENTRADO (MINERAL)
ROM 
MATERIAL INÚTIL = **GANGA
*CONCENTRADO: Materia que acompaña a los minerales y que se
separa de ellos como útil.
**GANGA: Materia que acompaña a los minerales y que se separa
de ellos como inútil.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
MATERIAL ÚTIL = CONCENTRADO (MINERAL)
ROM 
MATERIAL INÚTIL = *GANGA
CONCENTRADO
(A)
ROM
(A+B)
GANGA
(B)
Figura 2- Concentração de minerais
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Minerais metálicos: a forma como se encontram na natureza
depende da reatividade que apresentem com o ambiente,
particularmente com o oxigênio, enxofre e dióxido de carbono.
Metais:
- ouro e platina são encontrados principalmente na forma nativa
(metálica) ou na forma de ligas metálicas (electrum),
- Prata, cobre e mercúrio são encontrados tanto na forma nativa
como na forma de compostos com enxofre (sulfetos, sulfatos,
etc), com cloro (cloretos), com carbono e oxigênio
(carbonatos),
- metais mais reativos são sempre encontrados na natureza na
forma de compostos, como por exemplo: os óxidos e sulfetos
de ferro, os óxidos e silicatos de alumínio e berílio.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Minerais - Exemplos
Nome
1. Calcopirita
2. Pirita
3. Bornita (sulfeto misto)
4. Galena
5. Blenda ou esfalerita
6. Malaquita
7. Azurita
8. Crisocola
9. Hematita
10. Magnetita
Fórmula mínima
1. CuFeS2
2. FeS2
3. Cu5FeS4
4. PbS
5. ZnS
6. Cu2CO3(OH)
7. Cu3(CO3)2(OH)2
8. CuSiO3 - nH2O
9. Fe2O3
10. Fe3O4
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Isomorfismo
Minerais - Exemplos
O mineral “Olivina”, por
exemplo, tem a composição
química (Mg,Fe)2SiO4, mas a
relação entre os átomos de
magnésio e os de ferro é
variável para distintas “olivinas”.
Entretanto, para qualquer olivina
a relação abaixo é constante.
No.total átomos (Fe+Mg)/No.total
átomos(Si+O)
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Minerais - Exemplos
Polimorfismo
Grafite e diamante
São dois minerais que
apresentam exatamente a
mesma composição. Ambos
são compostos de átomos de
carbono, mas com
propriedades distintas devido
ao arranjo distinto destes
átomos na estrutura cristalina.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Carvão: rocha sedimentar combustível, formada a partir de restos
vegetais que se encontram em diferentes estados de conservação,
tendo sofrido soterramento, seguido de compactação.
Litotipos do carvão: designa as diferentes bandas reconhecidas
macroscopicamente nas camadas de carvão (vitrênio, clarênio,
durênio e o fusênio).
Macerais do carvão: são os constituintes individuais do carvão
reconhecidos microscopicamente, podendo ocorrer sozinho ou em
associações; exemplos: grupo da vitrinita (telinita, gelinita); grupo da
liptinita (exinita, alginita); grupo da inertinita (fusinita, micrinita).
Rank do carvão: turfa, linhito, sub-betuminoso, betuminoso,
antracito.
Observação: Carvão, talco, argilas, granitos, etc. não são minerais no
sentido exato da palavra. São, na verdades, rochas. Entretanto, são
considerados como bens minerais.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Minérios de valor econômico podem ser classificados como
metálicos e não metálicos, de acordo com o uso do mineral.
Exemplo típico é a bauxita (óxido de alumínio hidratado).
Metálico  Alumínio metálico.
Não metal  Tijolos refratários.
bauxita
produção
Refratário
Metal
+
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
O processamento mineral segue a lavra e prepara o material para
a extração do valor metálico – no caso de bens metálicos, ou
produz um produto comercial como no caso do carvão e dos
agregados usados na construção civil.
As operações unitárias envolvidas são sempre de natureza física
(embora ocorram reações de natureza físico-química na flotação e
nas operações de separação S/L). Isto significa que a estrutura
cristalina de qualquer mineral não é alterada.
ROM
mineral de cobre
(CuFeS2)
Tratamento
mineral
Concentrado
mineral de cobre
(CuFeS2)
Rejeito
mineral de cobre
(CuFeS2)
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
ROM
mineral de cobre
(CuFeS2)
Tratamento
mineral
Concentrado
mineral de cobre
(CuFeS2)
Rejeito
mineral de cobre
(CuFeS2)
Objetivos principais são:
As operações “chave” são:
1) LIBERAÇÃO
COMINUIÇÃO
2) SEPARAÇÃO
CONCENTRAÇÃO
Necessariamente nesta ordem !!
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Liberação é obtida através da cominuição.
Cominuição envolve a quebra ou trituração do sólido particulado
e é realizada em duas etapas: britagem e moagem.
Partícula mista
Partícula totalmente liberada
Mineral não liberado
Mineral liberado
(suficiente)
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
A separação entre os dois tipos de sólido (útil e inútil) já liberados é
obtida através de distintas operações de concentração.
Métodos mais importantes para concentrar minerais são baseados:
- na diferença de densidades entre o mineral útil e os de ganga
 Gravimetria (DMS).
- em diferenças físico-químicas entre o mineral útil e os de
ganga  Flotação.
- em diferenças magnéticas entre o mineral útil e os de ganga
 Separação magnética.
- em diferenças na condutividade elétrica entre o mineral útil e
os minerais de ganga  Separação eletrostática.
- em diferenças entre propriedades ópticas  Cata ou seleção.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Fluxogramas usados no tratamento de minérios
SIMPLES (de blocos)
SIMPLES (de linhas)
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COMPLEXOS
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Custos das operações de tratamento
Exemplo: planta para 100 000 t/dia de mineral de cobre (B.A. Wills)
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Eficiência das operações de processamento mineral
depende, principalmente:
LIBERAÇÃO
CONCENTRAÇÃO
Mas o que vale mesmo é a eficiência econômica !!
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Figura 3- Mineral de valor aprisionado na ganga
Se triturarmos o sólido
como mostrado na fig.3,
teremos vários cubos
completamente brancos
mas o mineral útil (negro)
ainda se apresentará
como “mistos” ou
middlings.
Liberação total raramente é usada na prática, pois a moagem é
uma operação muito cara e ocorre sobre-moagem (principalmente
da ganga  recobrimento por lamas ou slime coating).
O que se procura é o “MOG” – tamanho no qual se obtêm a melhor
recuperação econômica; é determinado experimentalmente.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Na fig. 4 ,a região A
representa o mineral de
valor e região AA é rica no
mineral de valor, mas
ocorre intercrescimento
entre o mineral e a ganga.
Figura 4- Secção transversal : partícula mineral e produtos da moagem
Liberação é um dilema freqüente no processamento mineral.
Partículas do tipo 1 podem ser consideradas como “concentrado”
mas irão limitar o teor deste, enquanto as partículas do tipo 4
podem ser consideradas como “rejeito”, mas irão limitar a
recuperação do processo de beneficiamento. Partículas do tipo 2
e 3 são middlings.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
A liberação de minérios de baixo
teor pode ser um problema e
para contorná-lo se mostra na
fig. 5 um esquema usado no
processamento, onde a ganga
liberada em tamanhos grosseiros
já é descartada. Assim os custos
de moagem são reduzidos, já que
a ganga que não precisa mais ser
moída está excluída do sistema.
Observar que o “tamanho” dos
moinhos também serão
menores.
Figura 5- Fluxograma de processo usando dois estágios de separação
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
E para terminar com a liberação...
Figura 6- Imagem de MLA mostrando os grãos dos diversos minerais em minério de
Cu-Au. Partículas entre 100-200 micra. Estas imagens são em geral apresentadas
em cores “falsas”, onde cada cor assinala um mineral ou uma classe de mineral,
como mostrado à esquerda.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
Figura 7-Intervalo de aplicação de técnicas convencionais no processamento de
minerais.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
A planta de tratamento será considerada uma “black box”; pode
até ter todos as técnicas de processamento mostrados na fig. 7.
O certo é que o objetivo é sempre o mesmo: SEPARAR o mineral
da ALIMENTAÇÃO em dois ou mais produtos: material útil vai
para o CONCENTRADO e a ganga vai para o REJEITO.
ALIMENTAÇÃO
Tratamento
mineral
CONCENTRADO
REJEITO
Figura 8- Planta de processamento mineral.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
PARÂMETROS DE MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE
PROCESSAMENTO MINERAL
ALIMENTAÇÃO (A)
Tratamento
mineral
CONCENTRADO (C)
REJEITO (R)
Figura 9- Correntes principais em uma planta de processamento mineral.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL
Definições importantes:
1a. TEOR se refere ao conteúdo do material de
valor (M.V.) nas diversas correntes (ou
produtos) que compõem um circuito de
beneficiamento. É o parâmetro que mede a
qualidade de qualquer corrente de um
processo, circuito ou planta de tratamento.
A, a
P.T.
C,c
Obs: teores são expressos em base seca.
R,r
Teor (%) =
massa do M.V. em uma dada corrente
massa total (M.V. + ganga) da mesma
corrente
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x 100
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL
Definições importantes:
2a. RECUPERAÇÃO mede a efetividade do
processo de separação/concentração usado.
É o parâmetro mais usado para expressar a
A, a
eficiência de uma planta de tratamento mineral.
Obs 1: RECUPERAÇÃO da(s) corrente(s) de
Rejeito [R] recebe o nome de PERDA(S).
Rec (%) =
massa do M.V. na corrente C
massa do M.V. na corrente A
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P.T.
C,c
R,r
x 100
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL
Definições importantes:
Obs 2: Recuperação pode ser definida para todas
as correntes de um processo, circuito ou planta
de beneficiamento, e mostra como a quantidade
A, a
de material de valor se distribui nas diversas
correntes que formam o processo. Quando se
avalia a recuperação para muitas correntes de
uma processo, esta é chamada de DISTRIBUIÇÃO.
Dist (%) =
massa do M.V. na corrente Cn
massa do M.V. na corrente A
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C1,c1
P.T.
C2,c2
C3,c3
R1,r1
R2,r2
R3,r3
x 100
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL
Outros parâmetros e suas definições
RAZÃO DE CONCENTRAÇÃO (K): Toneladas
de alimentação (A) necessárias para se
produzir uma tonelada de concentrado (C).
A, a
RAZÃO DE ENRIQUECIMENTO (E): Razão
entre o teor do concentrado (c) e o teor da
alimentação (a).
ÍNDICE DE SCHULZ OU EFICIÊNCIA DE
SEPARAÇÃO (SE)
P.T.
C,c
R,r
SE = Rm-Rg
onde: Rm = Recuperação (%) do mineral de valor na corrente do Concentrado
Rg = Recuperação (%) da ganga na corrente do Concentrado
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL
Sejam:
A = vazão mássica de sólido seco na corrente de
alimentação, (t/h)
a = teor do material de valor na corrente de
alimentação, (%)
A, a
P.T.
C,c
C = vazão mássica de sólido seco na corrente de
concentrado, (t/h)
c = teor do material de valor na corrente de
concentrado, (%)
R,r
R = vazão mássica de sólido seco na corrente de
rejeito, (t/h)
r = teor do material de valor na corrente de
rejeito, (%)
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
BALANÇO DE MASSA E METALÚRGICO
Na planta mostrada temos:
A.a = massa de material de valor em A, (t/h)
C.c= massa de material de valor em C, (t/h)
R.r = massa de material de valor em R, (t/h)
A, a
P.T.
C,c
Rec = [(C.c)/(A.a)].100, (%)
Perda = [(R.r)/(A.a)].100, (%)
R,r
Rec + Perda (%) = 100 ??? Qual o significado disto ?
Ou ainda, aplicando a definição de recuperação
para a corrente de alimentação temos:
Rec|A = [(A.a)/(A.a)].100 = 100%
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
BALANÇO DE MASSA E METALÚRGICO
O balanço de massa é realizado com a seguinte base: tudo o que entra no
volume de controle menos o que sai do volume de controle é o acumulado
no volume de controle (no caso a P.T .).
Entrada – Saída = Acumulado, mas se o acumulado for nulo, então temos:
E – S = 0 ou E = S
Transportando para a P.T. temos:
A, a
P.T.
C,c
A = C + R  Balanço de massa (BM), (t/h)
Balanço metalúrgico (BMet)
A.a = C.c + R.r  isto é a massa de MV em cada corrente.
Rec = (C.c)/(A.a)
Perda = (1 – Rec)
K = A/C
E = c/a
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R,r
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
BALANÇO DE MASSA E METALÚRGICO
Com base no BM, no BMet e na definição de Rec deduzir a
“famosa” fórmula dos dois produtos.
A = C + R  Balanço de massa (BM), (t/h)
A.a = C.c + R.r  Balanço metalúrgico (BMet)
A, a
P.T.
C,c
Rec % = [(C.c)/(A.a)].100
R,r
Rec % = ???
Dica: só podem aparecer os teores “a”, “c’”e “r”.
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
CURVA TEOR VERSUS RECUPERAÇÃO
Figura 10- Curva de seletividade
A eficiência metalúrgica de
qualquer operação de
concentração pode ser expressa
por uma curva que mostra a
recuperação possível de ser
obtida para qualquer valor de
concentrado. Esta curva também
é chamada de curva de
seletividade e sua forma típica,
mostrando a relação inversa
entre recuperação e teor é
mostrada na fig.10
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
CURVA TEOR VERSUS RECUPERAÇÃO
Figura 10- Curva de seletividade
O objetivo da concentração é
maximizar a recuperação e o
enriquecimento, mas isto é
impossível de ser obtido ao
mesmo tempo. Não obstante,
o teor do concentrado e a
recuperação, usados
simultaneamente, são as
medidas mais aceitas para
acessar a performance
metalúrgica (não econômica) de
um processo de beneficiamento!
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Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios
HORA DOS ESTUDANTES
TRABALHAREM
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