Minerodutos no mundo

Report
Procesamiento de minerales II
Minerodutos
Maria Luiza Souza
Montevideo-Porto Alegre
26 Setembro 2013
UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY
UFRGS - DEMIN - BRASIL
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Minerodutos
Este item será uma breve introdução ao tema, visto
que o mesmo é bastante complexo em termos de
seleção dos equipamentos envolvidos.
Em geral, há necessidade de equipe técnica
especializada em cada etapa do processo.
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Introdução
O modal dutoviário e os outros modais
Chama-se modal a forma ou o método de transporte básico. O transporte,
por sua vez, é a parte mais visível das operações logísticas. A infra-estrutura
de transporte consiste em vias de acesso,veículos e unidades organizacionais
que fornecem serviços de transporte para uso próprio ou para terceiros,
sendo que, neste último caso, mediante uma taxa ou tarifa de serviço.
Os cinco modais básicos são: ferroviário, rodoviário, aquaviário, aéreo e
dutoviário. Este texto trata deste último modal.
O modal dutoviário é considerado o mais consistente e freqüente de todos
os modais.
Isso ocorre porque a variabilidade no tempo de transporte é mínima (maior
consistência) e as dutovias funcionam 24 horas por dia (freqüência). Por
outro lado, é o modal que apresenta menor versatilidade (uma vez que é
muito especializado e transporta apenas um tipo de produto).
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Mineroduto
Mineroduto é definido como o modo de transporte de sólidos granulares com
um líquido que funciona como o veículo de transporte. O mais usado é a água,
mas pode ser qualquer outro que seja compatível com o sólido a transportar.
Exemplos: salmouras.
O sólido granulado pode ser constituído pelos mais diversos materiais: carvão,
minério e concentrados de ferro, cobre, fosfatos, caulins, bauxita, rejeitos de
beneficiamento, etc.
As vantagens dos minerodutos em face dos outros modais são:
- transpõem obstáculos naturais com facilidade,
- causam pequeno impacto ambiental,
- alta confiabilidade.
Por sua vez, algumas desvantagens são:
- exigem investimento inicial maciço,
- são inflexíveis em termos de origem e destino.
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Minerodutos no mundo
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Minerodutos no mundo
Da Hong Shan, minério de ferro, China, 171 km
Jianshan, minério de ferro, China, 100 km
Samarco, minério de ferro, Brasil, 396 km
Hy-Grade Pellets, India, 268 km
Paragominas, bauxita, Brasil, 244 km
Simplot, fosfato, USA, 100 km
New Zealand Steel, concentrado de areias de ferro, New Zealand, 18 km
Los Pelambres, concentrado de cobre, Chile, 120 km
Minera Alumbrera, concentrado de cobre, Argentina, 310 km
Minera Dona Inés Collahuasi, concentrado de cobre, Chile, 203 km
Freeport, Grasberg Mine, concentrado de cobre, Irian Jaya/Indonesia, 120 km
Batu Hijau, concentrado de cobre, Indonesia, 18 km
No Brasil: a Trikem, sal-gema em AL e BA; a Cadam, caulim no AM; a Pará Pigmentos,
caulim, no PA; a Fosfértil, concentrado fosfático, em MG. A Dow (Vera Cruz-BA) e a
Braskem (Maceió-AL) movimentam sal-gema para plantas de soda-cloro.
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Descrição das instalações
A instalação de transporte de polpas a longas distâncias inclui:
- a tubulação propriamente dita,
- os terminais de partida e recepção,
- as estações de bombeamento,
- instrumentação da linha.
O sistema de controle e a instrumentação se referem ao monitoramento da linha
(temperatura, pressão, densidade de polpa, e velocidades) e ao acionamento remoto
das válvulas de controle.
O sistema deve ser projetado de modo que as bombas de polpa não sejam acionadas
enquanto as bombas de água auxiliares não estejam funcioando e parem, em caso de
falhas destas.
Usualmente, o sistema de controle é retro-alimentado de modo a permitir a correção
automática dos desvios, por exemplo, da pressão mediante a variação automática da
velocidade das bombas.
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Descrição das instalações
A instrumentação da linha inclui medidores de densidade do tipo de dispersão de
raios gama, medidores magnéticos de vazão e medidores de pressão, separados da
polpa por diafragmas. Todos estes instrumentos não têm contacto com a polpa em
movimento e por isso não causam nenhuma pertubação ao escoamento.
A instrumentação dos terminais inclui medidores de velocidade das bombas,
medidores de temperatura dos mancais, medidores de pressão da água auxiliar,
medidores de pressão da polpa, integradores da vazão enviada ou recebida. Os
valores medidos são transmitidos ao painel central de controle do mineroduto.
Necessário sistemas de transmissão por rádio e cabos.
O terminal de bombeamento inclui facilidades para eliminar as partículas mais
grossas e, em muitos casos, a moagem em circuito fechado para desaguar a polpa
com a granulometria adequada ao transporte.
O acerto da percentagem de sólidos em peso é considerado fator crítico para o
bombeamento bem sucedido e é feito em tanques com agitadores mecânicos.
Eventualmente, estes tanques podem ter a função de estocar a polpa a ser
bombeada.
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Descrição das instalações
Muito frequentemente é necessário espessar a polpa para o posterior
bombeamento. Isto é feito em espessadores, cujo underflow é enviado para os
tanques de repolpagem, onde se realiza o ajuste final do percentual de sólidos.
Uma regra elementar, que entretanto é negligenciada, sempre conduzindo a
problemas, é “nunca tentar estocar polpa dentro dos espessadores”.
O terminal de descarga consiste de tanques agitados para a recepção da polpa e
bombas para enviá-la à operação seguinte. Esta poderá ser um desaguamento,
seguido de secagem e ensacamento, por exemplo. Neste caso, o terminal incluirá
filtros (a vácuo ou de pressão) secadores, silos e ensacadeiras. Dependendo da
escala de operação será necessário a incluir espessadores como primeira etapa do
desaguamento.
De um modo geral, o desenho do terminal de descarga é função da operação
posterior a qual o sólido recebido será submetido: processamento químico,
metalúrgico, cerâmico, etc.
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Descrição das instalações
Tanto o terminal de bombeamento como o de recepção incluem reservatórios de
emergência, que são escavados no solo e devidamente impermeabilizados. Eles
servem para receber a polpa que está dentro da tubulação, em caso de parada não
esperada. Os sólidos decantam e são retomados por pás-carregadeiras ou retroescavadeiras.
Outros reservatórios de emergência são dispostos em locais convenientes, ou seja,
nos pontos de cota mais baixa de cada trecho, de modo a permitir o esvaziamento
rápido da tubulação em caso de parada no transporte.
Observar que o tamanho destes reservatórios não pode ser subestimado. Por
exemplo: um tubo de 12" (30 cm) de 1 km contém cerca de 73 m3 de polpa.
Apenas apresentaremos aspectos relacionados ao processamento de minérios,
embora sejam importantes no projeto. Exemplos: tubulações e bombas; processos
construtivos, suportes, ancoramentos, etc.
Necessário equipe especializada nas várias diversas fases do projeto.
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Peculiaridades
Distribuição granulométrica do sólido particulado
A tabela abaixo fornece um indicativo dos tamanhos máximos para diferentes
materiais e sua relação com o peso específico dos sólidos, conforme comprovado
na prática operacional. A tabela se refere a polpas de sólidos em água.
Densidade
Top-size
Sólidos
Velocidade
g/cm3
mm/#
% peso
m/s
Carvão
1,4
2,38/ 8
50
5,0
Calcário
2,7
0,29/48
70
3,5
Conc. Cobre
4,3
0,21/65
55
5,0
Conc. Ferro
4,9
0,15/100
65
6,0
Areias ferríferas
4,9
0,60/28
50
4,9
Material
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Peculiaridades
Distribuição granulométrica do sólido particulado
Observações importantes:
Tanto quanto possível, a polpa a transportar deve ser homogênea e estável.
Manter a distribuição granulométrica constante.
Prever e fixar valores máximos e mínimos para a percentagem de sólidos em
peso (operação segura).
Estabelecer velocidade máxima admissível para limitar o efeito da abrasão.
Definir velocidade máxima compatível com as condições de operação dos
equipamentos de bombeamento.
Operar dentro das limitações da classe de pressão das tubulações e do sistema.
Prever providencias, ainda no projeto, para ter a flexibilidade operacional
necessária frente às características de diferentes áreas da jazida.
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Peculiaridades
Prevenção da corrosão
É um processo lento, quase imperceptível.
A tubulação é a parte mais cara de um mineroduto.
Fica enterrada e portanto é invisível.
Se um processo de corrosão não for controlado pode destruir o sistema.
A polpa é um eletrólito e a corrosão é acelerada pela abrasão.
Necessário prevenção:
-Ânodos de sacrifício, pinturas especiais, etc.
-Eliminação de oxigênio e bactérias
-Uso de polímeros de alto peso molecular para proteção das paredes da tubulação.
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Peculiaridades
Declividade máxima
Deve ser estabelecida em cada caso.
Depende das características reológicas da polpa.
Necessário análise de criteriosa dos custos adicionais
resultantes, para a topografia local, de rotas alternativas.
Prever reservatórios nos pontos de sela.
Necessário a elaboração do perfil da tubulação
e gradiente hidráulico pois isto permite simplificar
as etapas de seleção de bombas, etc.
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Peculiaridades
Utilização de bombas de deslocamento positivo
As mais utilizadas são as bombas de diafragma que são fabricadas em diversas
versões.
O pistão trabalha imerso em um fluido hidráulico que transmite o movimento a um
diafragma, que impulsiona a polpa e separa fisicamente o pistão, o revestimento do
cilindro, etc da polpa. Desta forma as únicas partes da bomba em contato com a
polpa abrasiva são as válvulas e o diafragma. Isto é uma grande vantagem em
relação a outros tipos de bombas.
É possível trabalhar com diâmetros e percursos
maiores , reduzindo velocidade de operação da
bomba valores entre 10 e 80 rpm. Isto permite o
tamanho das válvulas e reduzir a velocidade da
polpa através das mesmas, aumentando em
conseqüência a sua vida útil.
Atingem pressões de até 15 000 kPa e operam
mais de 8500 h/ano.
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Mineroduto da Samarco
Este mineroduto, o primeiro construído pela Samarco, liga a mina de Germano, em
Mariana, MG, ao terminal de Ponta do Ubu, próximo à cidade de Guarapari, ES.
Tem 396 km de percurso e a tubulação é de 500 mm de diâmetro. A capacidade
inicial era de 7 milhões de toneladas anuais de pellet feed. O investimento foi de
USD 120 milhões de o custo operacional era de 1,20 USD por tonelada de sólido
transportada.
O sistema possui duas estações de bombeamento, uma em Mariana e outra a 150
km de lá. Cada estação tem seis bombas de pistão mais uma de reserva. Os
motores são de 1250 HP. As bombas têm variador de velocidade. O concentrado de
ferro tem tamanho inferior a 200 #. A polpa é transportada com 67 % de sólidos a
uma vazão de 1,5 m3/s. A tubulação é de aço, com espessuras variando entre 8 e
21,5 mm. Empregavam 44 pessoas na operação direta , além das equipes de
conservação da faixa e da manutenção.
Ocorreu ao menos uma parada por obstrução da linha. Após localização do trecho
obstruído, foi necessário abrir orifícios na tubulação, por onde foi injetada água sob
pressão, logrando-se a desobstrução.
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Mineroduto Black Mesa
Este mineroduto transportava carvão a – 14# (com 20% do sólido a - 44 micra)
desde a mina, no estado do Arizona até a usina termoelétrica de Mohave, Nevada,
distante 440 km. A capacidade era de 4,8 milhões de toneladas de carvão por ano.
A polpa era transportada com um percentual de sólidos em peso entre 45 e 50 %.
A tubulação era de aço, com diâmetros entre 18 e 12 polegadas. O
empreendimento contemplava quatro estações de bombeamento. Estavam
instaladas quinze bombas, incluindo as de reservas.
A mina foi fechada em dezembro de 2005 .
Todo o sistema, incluindo planta termoelétrica e
mineroduto, foi demolido.
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