Mestrando: Alysson Antônio Borges
AUTOR: Alysson Antônio Borges
ORIENTADOR: Prof. Dr. José Aurélio Medeiros da Luz
Dissertação apresentada ao Programa de
A minha mãe pela de dedicação e exemplo;
Aos familiares pela força:
A Dagmar pelo amor;
Aos amigos pela motivação;
Aos amigos do mestrado pelo companheirismo;
Ao grande professor José Aurélio Medeiros da Luz pelo incentivo, pela confiança, pela orientação;
Aos professores do programa de pós Graduação em Engenharia Mineral da UFOP pelos ensinamentos
A todos os funcionários do laboratório de Tratamento de Minérios do departamento Engenharia de Minas da UFOP pelo apoio;
Ao Departamento de Engenharia de Minas e ao Programa de Pós Graduação em Engenharia Mineral da UFOP pela oportunidade;
Ao Departamento de Engenharia Geológica da UFOP pelas análises realizadas no Laboratório de Geoquímica Ambiental e também análises realizadas no MICROLAB;
Ao Departamento de Química da UFOP, na pessoa do Prf Geraldo Magela pelas análises no espectrômetro Mössbauer;
À Fertilizantes Fosfatados S.A. pelo tema de trabalho;
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A caracterização tecnológica de minérios é uma ferramenta de alta importância no aproveitamento de um recurso mineral de forma otimizada, sendo recomendada nas fases de exploração e explotação de um bem mineral. O presente trabalho vem apresentar a caracterização do produto magnético proveniente do beneficiamento do minério de fosfato do Complexo Mineração de Tapira, Tapira – MG. Foram determinadas as principais características físicas, químicas e mineralógicas, bem como as respostas desse material a ensaios em escala de bancada de separação magnética, flotação e lixiviação ácida. O trabalho foi dividido de duas etapas: a primeira envolveu a caracterização mineralógica do produto magnético (análise granuloquímica, difratometria de raios X, espectroscopia Mössbauer, microscopia ótica e microscopia eletrônica de varredura); a segunda etapa envolveu a realização ensaios de concentração (separação magnética, flotação e lixiviação ácida). O material portador de ferro é composto predominantemente por magnetita, sendo que esta magnetita apresenta processo de martitização (transformação magnetita para hematita). Ilmenita ocorre intercrescida nos grãos de magnetita. O elemento P presente é proveniente da apatita, isto é, não esta associado estruturalmente ao elemento Fe. Separação magnética de baixa intensidade e a úmido resultou em recuperação metalúrgica acima de 95%, o que sugere um estudo mais aprofundado no sentido de uma possível implementação de mais uma etapa de separação magnética no processo de concentração da apatita. Com relação ao processo flotação destacaIse o melhor desempenho do hidrocol frente a amina como coletores de silicatos e apatitas, sendo o elemento P o contaminante mais deletério no processo siderúrgico. Não foi possível detectar influência positiva quanto ao processo de atrição. Ensaios de lixiviação ácida da fase portadora do fósforo foram efetuados utilizandoIse ácido acético a acido clorídrico. Os resultados desta lixiviação mostram que o ácido acético extraiu apenas 0,41% do fósforo e o ácido clorídrico lixiviou 64,88% do fósforo presente no material RessaltaIse que o objetivo dos ensaios foi de se
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The technological ore characterization is a tool of high importance in the exploitation of a mineral resource of optimized form, being recommended in the phases of exploration and miniing. The present work comes to present the characterization of the magnetic product of the Complex Mining of Tapira, Tapira I MG. had been determined the main physical, chemical and mineralogical characteristics, as well as the answers of this material the assays in benches scale. The work was divided of two stages: the first involved the mineralogical characterization of the magnetic product (particle size distribution, XIray diffraction, Mössbauer spectroscopy, optics microscopy and scanning electron microscopy); the second stage involved the concentration assays (magnetic separation, flotation and acid leaching). The carrying material of iron is composed predominantly for magnetite, being that this magnetite presents in process of transformation for hematite. Ilmenite occurs in the magnetite grains. Present element P is proceeding from the apatite, that is, not this associate structurally to the Fe element. Magnetic separation of low intensity and the humid resulted in metallurgic recovery above of 95%, what it more suggests a deepened study in the direction of a possible implementation of plus a stage of magnetic separation in the process of concentration of the apatite. With regard to the process flotation optimum performance of hidrocol is distinguished front to amine as collecting of silicates and apatites, being element P the contaminante most deleterious in the siderurgical process. It was not possible to detect positive influence how much to the scrub process. Acid leaching assays of the carrying phase of the match had been effected using acid ascetic and acid chloride. The results of this leaching show that acid ascetic extracted only 0,41% and the acid chloride leached 64,88% of element P present in the material The objective of assays was of if indicating a possible way of concentration of
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A caracterização tecnológica de minérios é uma ferramenta de alta importância no aproveitamento de um recurso mineral de forma otimizada, sendo recomendada nas fases de exploração e explotação de um bem mineral.
Apesar de várias informações serem obtidas por um trabalho de caracterização bem executado, esta é pouco aplicada aos rejeitos das usinas de beneficiamento de minérios, sendo este descartado sem qualquer prévio conhecimento de suas características físicas, químicas e mineralógicas.
Nos últimos anos isto vem mudando, não só pelas maiores cobranças com relação às questões ambientais, como também, em alguns casos, devido à escassez do minério e também com o próprio desenvolvimento tecnológico do beneficiamento de minérios.
Com o conhecimento deste rejeito é possível estudar a possibilidade de seu posterior aproveitamento na própria usina onde foi gerado ou então que possa ser colocado como um subproduto para um outro segmento industrial na forma em que se encontra. Com isso se diminui o volume de rejeito que é descartado diariamente nas bacias, minimizando o problema ambiental e também possibilitando a geração de capital com o seu posterior aproveitamento.
Dessa forma o presente trabalho vem apresentar a caracterização do concentrado magnético proveniente do processo de beneficiamento do minério fosfático do Complexo Mineração de Tapira, Tapira – MG, descrevendo as características físicas, químicas e mineralógicas. Também simultaneamente a esta caracterização foram realizados ensaios em escala de bancada de separação magnética de baixa intensidade, flotação em célula em bancada e
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O presente trabalho foi desenvolvido com o principal objetivo de se executar a caracterização tecnológica do concentrado magnético que é gerado no processo de beneficiamento do minério fosfático no Complexo de Mineração Tapira e é descartado em bacia de rejeito. Portanto para se levantar suas principais características físicas, químicas e mineralógicas foram empregadas as técnicas de caracterização tecnológica de minérios: análise granuloquímica, difração de raiosIx, microscopia ótica, microscopia eletrônica, espectroscopia Mössbauer.
Paralelamente aos trabalhos de caracterização tecnológica foram realizados ensaios de concentração com o intuito de indicar um possível caminho de separação entre fases minerais distintas, minérios de ferro e apatita nas condições e proporções em que se apresentam no material em estudo. Para tal foram feitos ensaios em escala de bancada de separação magnética, flotação em célula e lixiviação ácida.
Assim o trabalho justificaIse no fato de que com o conhecimento deste rejeito tornaIse possível analisar possibilidades de reaproveitamento no setor mineroImetalúrgico, que vem associado á diminuição do impacto ambiental no que se refere ás bacias de contenção de tal rejeito.
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Almeida (2001) relata que a Fosfértil I Fertilizantes Fosfatados S.A – iniciou suas atividades em 1977 como uma empresa do governo federal com o intuito de promover a pesquisa, lavra, beneficiamento e comercialização da rocha fosfática da jazida de Patos de Minas – MG. No início da década de 80 a Fosfértil incorporou a Valep (empresa de mineração de fosfato de Tapira) e também a Valefértil (complexo químico de fertilizantes de Uberaba). Posteriormente, através do Programa Nacional de Desestatização, e também por compras diretas de acionistas, a Fosfértil adquiriu 99,9% das ações da Utrafértil S.A e também da Goiás Fertilizantes S.A. Hoje a Fosfértil é uma empresa com atribuições de uma holding e de uma empresa de produtora de adubos fosfatados com as seguintes unidades de produção.
• Complexo de Mineração Tapira • Complexo de Mineração de Catalão • Complexo Industrial de Uberaba • Unidade II de Granulação de Uberaba • Unidade de Patos de Minas
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beneficiamento, mineroduto e instalações de suporte. A Figura 3.1 traz a localização do Complexo de Mineração Tapira
Figura 3.1: Mapa de localização do Complexo de Mineração Tapira (Melo, 1997)
De Acordo com Almeida (2001) o Complexo de Mineração Tapira produz concentrado de “rocha fosfática” (apatítico), obtido a partir da concentração do minério de fosfato com teor inicial de aproximadamente de 8% P2O5, e é obtido um concentrado com teor final de
35,5% de P2O5. Este concentrado é transferido para o Complexo Industrial de Uberaba
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Melo (1997) conceitua geologicamente o complexo alcalinoIcarbonatítico de Tapira como uma chaminé ultramáficaIalcalina, de forma ovalada, com cerca de 35 km2, distribuídos em aproximadamente 6,5 km na direção NS e a 5,5 km na direção EW. A chaminé ultramáficaI alcalina está relacionada ao evento magmático, que afetou a plataforma brasileira, de idade Cretácea, com aproximadamente 70 milhões de anos, e é intrusiva em rochas préI cambrianas do Grupo Canastra.
Ainda de acordo com Melo 1997 o complexo de Tapira é composto principalmente por rochas ultrabásicas, com predomínio do piroxenito (provavelmente maior que 80%), sobre os peridotitos e dunitos.
Piroxenitos: Variam desde rochas praticamente monominerálicas a outros tipos litológicos, onde a apatita, biotita ou flogopita, perovskita e titanomagnetita se tornam minerais essenciais.
Dunitos: Rochas, cinzento escuras, de granulação fina a média, constituída por olivina fosterítica e acessórios, de apatita, perovskita, magnetita e melanita.
Peridotitos: Tipos intermediários entre os dunitos e piroxenitos. Apatita, perovskita, magnetita, ilmenita, biotita e/ou flogopita variam de minerais acessórios a essenciais.
Glimeritos: Rochas ultramáficas caracterizadas pela predominância da flogopita, sendo constituídos também por magnetita, olivina, piroxênio e perovskita.
Carbonatitos: Formados essencialmente por calcita e minerais acessórios tais como: flogopita, biotita, calcita e magnetitaIilmenita; ocorrendo nas porções centrais do complexo.
Finalmente Melo (1997) define o modelo geológico de Tapira como o de complexos carbonatíticos, onde os depósitos de fosfato, titânio e nióbio, são formados por enriquecimento superficial, e os fatores gerais que regularam a formação destes depósitos são: a composição original da rocha matriz; as condições de clima e relevo favoráveis; a velocidade da erosão controlada e finalmente os aspectos estruturais da região.
Almeida (2001) coloca em seu trabalho que em função dos estudos realizados durante a fase de pesquisa mineral o manto de intemperismo foi subdividido em 5 (cinco) zonas: zona de estéril, zona de mineralização em titânio, zona de mineralização em fosfato com titânio, zona de mineralização em fosfato e zona de mineralização em nióbio.
• Zona de estéril
Ocorre entre as cotas superiores e apresenta espessura média de 30 m. Os teores de P2O5
solúvel são menores que 5% os e teores de TiO2 estão abaixo de 10%. Este material é
constituído de pequenos fragmentos de rocha silificada, nódulos milimétricos de limonita e raríssimas palhetas de vermiculita.
• Zona de mineralização em Titânio
È a zona imediatamente abaixo da zona de estéril. Os teores de TiO2 estão acima de 10% e
Em geral ocorre logo abaixo da zona de mineralização em titânio, numa transição para a zona de mineralização em fosfato. O anatásio é o mineral de titânio mais freqüente, sendo os teores de titânio nesta zona semelhante à anterior. O fosfato é predominantemente apatítico, implicando na elevação dos teores de P2O5.
• Zona de Mineralização em Fosfato
Ocorre abaixo da zona de mineralização em fosfato com titânio e vai até atingir a rocha sã. Os teores de P2O5 solúvel são superiores a 5% e o TiO2 são menores que 10%. Há uma
tendência em se encontrar teores mais elevados de P2O5 de acordo com o aumento da
profundidade. A magnetita já apresentaIse nesta zona e entre as micas a vermiculita é o mineral freqüente.
• Zona de mineralização em Nióbio
Ocupa a parte mais central do corpo intrusivo e não apresenta aproveitamento econômico. Há uma associação de titânio e terras raras com algum titânio e apatita. O titânio ocorre nas partes mais próximas da superfície e a apatita aparece abaixo da zona de nióbio, em geral com teores baixos.
Na Tabela 3.1 estão apresentadas as composições mineralógicas típicas do minério friável, granulado e do R.O.M.
Tabela 3.1. – Composição do minério fosfático de Tapira (Almeida, 2001). Composição típica do minério de fosfato (%)
TIPO DE MINÉRIO
Minerais Friável (75%) Granulado (25%) R.O.M
Apatita 21 16 20 Magnetita 22 19 21 Calcita/Dolomita 2 21 7 Mica 22 6 18 Quartzo 10 21 13 Diopsídio 5 5 5 Perovskita/ Anatásio 12 10 12 Opacos/ Outros 6 2 5 TOTAL 100 100 100 )*&*: Q '!0!;/6/1+!0
Almeida (2001) faz em seu trabalho a descrição do beneficiamento do minério do Complexo de Mineração de Tapira, onde inicialmente o minério lavrado é transportado até a unidade de britagem primária, onde se reduz o tamanho do minério de 762 mm para 127 mm. Após a britagem primária o material é homogeneizado e empilhado simultaneamente, formando duas pilhas paralelas.
primeiro é denominado de minério granulado e apresenta granulometria teórica entre 7,1 e 28 mm e o segundo tipo de minério é chamado de minério friável e possui granulometria abaixo de 7,1mm.
Esta subdivisão do processo de beneficiamento resulta em dois circuitos principais e independentes: circuito granulado e circuito friável. Em ambos os circuitos as operações unitárias empregadas para a concentração do minério são: moagem, separação magnética, deslamagem e flotação. O Anexo 1 traz os fluxograma do circuito friável e o Anexo 2 traz o fluxograma do circuito granulado..
De uma maneira geral, o que ocorre nos circuitos granulado e friável é o seguinte:
Circuito Granulado
O minério passa inicialmente por uma moagem em barras em dois moinhos paralelos. O produto desta moagem alimenta a etapa de separação magnética de baixa intensidade, executada em separadores tipo tambor. A fração magnética, objeto de estudo do presente trabalho, é descartada, e a fração não magnética segue para uma etapa de adequação da granulometria, passando por um moinho de bolas e subsequentes operações de deslamagem em ciclones. A etapa seguinte consiste da flotação em células mecânicas nos estágios rougher, scavenger, cleaner e recleaner. Assim, o flotado da etapa recleaner constitui o concentrado granulado, e o afundado da etapa scavenger, o rejeito grosso granulado.
Circuito Friável
Inicialmente o minério é passado por uma etapa de préIclassificação para a retirada de lamas. Após esta, vem a etapa de moagem em bolas, e assim como no circuito granulado, o produto desta moagem alimenta a etapa de separação magnética e da mesma forma, a
circuitos: um denominado de circuito grosso friável, onde é gerado um concentrado grosso friável, que é obtido por etapas de flotação em células mecânicas (rougher, scavenger, cleaner e recleaner); e o segundo, circuito ultrafino, onde se emprega colunas de flotação nas etapas rougher, cleaner e célula mecânica na etapa scavenger, gerando o concentrado ultrafino.
Finalmente, o produto final do circuito granulado se junta ao concentrado grosso friável, e são remoídos para a adequação da granulometria, isto para o transporte no mineroduto. O concentrado ultrafino segue para um espessador em seguida é filtrado e estocado para a expedição por transporte rodoviário.
A taxa média de alimentação da usina de concentração é de 1680 t/h (base seca), sendo que a partição de produtos da usina em média é: 14% de concentrado fosfático, 21% de lamas, 13% de rejeito magnético e 52% de rejeitos de flotação.
Como o processo industrial do Complexo de Mineração Tapira gera rejeitos da ordem de 85% da massa alimentada na usina de concentração, foi necessária a construção de duas grandes barragens, sendo uma para contenção de lamas e outra para rejeitos grossos. A Figura 3.2 mostra a deposição do concentrado magnético.
Há de se destacar, que no presente trabalho foi estudado somente o produto magnético do “circuito friável”, deste ponto em diante denominado friável tal qual. (FTQ).
Figura 3.2: Deposição concentrado magnético na bacia de rejeitos (Luzivotto, 2003)
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Dana (1981) traz que o elemento ferro como um dos mais abundantes da litosfera, onde entra na proporção de 4,2% em massa. Embora seus compostos sejam numerosos, apresentamIse em grandes concentrações sob a forma de óxidos.
Betjtin (s.d.) cita que os minérios de ferro podem resultar de segregações magmáticas, como é o caso dos depósitos de magnetitas relacionados com rochas intrusivas, ou, então, de deposição química que é a origem mais freqüente.
Lisboa (1967) coloca que as jazidas dos minérios de ferro tem ampla distribuição sendo encontradas entre as camadas sedimentares terciárias, mesozóicas, e paleozóicas, ou entre rochas metamórficas préIcambrianas e as eruptivas.
Vários são os minerais portadores do elemento ferro, Dana (1981) traz em seu trabalho várias informações sobre cada um destes minerais, sendo os de expressiva importância apresentados a seguir:
Hematita: A composição química da hematita é Fe2O3,com conteúdo teórico em ferro de 70
%, e é o mineral de ferro mais comum e abundante da natureza. É a principal fonte de ferro para a fabricação de ferro gusa. A martita ou hematita porosa, é um mineral secundário que é formado a partir do intemperismo das magnetitas primárias. Existem várias discussões sobre os processos de oxidação magnetita formando hematita.
Goethita: Sua composição química é FeO(OH), com conteúdo teórico de 62,9% de Fe. É um dos minerais de ferro mais comuns e formaIse de modo típico, sob condições de oxidação, como produto de intemperismo dos minerais de ferro.
Pirita: A fórmula química da pirita é FeS2, contendo teoricamente 53% do elemento Fe. O
mineral de pirita é muitas vezes explorado devido ao ouro ou cobre associado. Devido a grande quantidade de enxofre presente no mineral, este é empregado como minério de ferro nos países onde não se dispõe de óxidos de ferro. É principalmente empregada para fornecer enxofre, matéria prima para a fabricação de ácido sulfúrico.
Magnetita: A composição química da magnetita é Fe3O4 ou FeO.Fe2O3, com conteúdo
teórico em ferro de 72,4 %, e tem como característica marcante seu forte magnetismo. EncontraIse distribuída, sob forma de um mineral acessório, em muitas rochas magmáticas. Em certos tipos de rochas, através da segregação magmática, tornaIse um dos principais constituintes e pode assim formar grandes corpos de minério. Estes corpos são muitas vezes altamente titaníferos.
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Vários autores como Dana (1981), Lisboa (1967) e outros, citam a magnetita (Fe3O4) como
matériaIprima para obtenção de ferroIgusa, mas atualmente o que se tem na indústria siderúrgica é a obtenção de ferro primário através da redução da hematita (Fe2O3), e a
seqüência evolutiva de redução deste minério que ocorre no altoIforno é a Série determinada por Moisson (1880) apresentada a seguir:
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Analisando a seqüência acima, se é induzido a pensar que seria mais vantajoso começar o processo de redução pela magnetita. De acordo com Vieira (2002) ao se partir da hematita, se tem a vantagem decorrente da mudança de densidade ao se mudar de fase cristaloquímica. O sistema de cristalização da hematita é romboédrico (classe hexagonal), ao passo que o sistema de simetria da magnetita é isométrico I assim como da wustita