FLOTAÇÃO EM COLUNA APLICADA A UM MINÉRIO DE FERRO

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FLOTAÇÃO EM COLUNA APLICADA A UM MINÉRIO DE FERRO

J. A. Aqui nol; A. N. Santana2

A Minerações Brasileiras Reunidas S.A. MBR dispõe de diversas jazidas de itabiritos. Estes itabiritos são caracterizados por diferentes teores, distribuiçoes e graus de liberação de sílica, bem como por diferentes niveis ele hiclratar;ão e friabilidade. A redução do teor de sílica nas frações granulométricas mais finas pode ser obtida através de flotação. Neste trabalho será apresentado o estudo de flotação em coluna realizado com a fração fina (-0,149 mm) de uma amostra de itabirito da mina do Pico. A técnica de flotação em coluna permitiu a obtenção de concentrados com teor de 69,4% de Fe e 0,44% de Si0₂e recuperação de 95% de ferro utilizando um circuito com duas colunas, "rougher" e "scavenger".

COLUMN FLOTATION APPLIED TO AN IRON ORE

Minerações Brasileiras Reunidas S.A. MBR is owner some itabirite deposits in the Iron Ore Quadrangle, Minas Gerais State. These itabirites are characterized by different grades, distribution and silica liberation, as well as different degrees of hydration and friability. The recluction of silica grade in the finer fractions is possible by flotation technique. This paper presents the column flotation study with one sample of itabirite (-0,149 mm) from Pico mine. Using the column flotation technique i t ' s possible to obtain a concentrate with 69.4% Fe, 0.44% Si02 and Fe recovery of 95%, using "rougher" and "scavenger· flotation column stages.

1CNEN - Comissão Nacional de Energia Nuclear

CDTN - Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear Cidade Universitária - Pampulha - C.P. 1941

30161 - Belo Horizonte - MG

2 DEEP - Departamento de Engenharia de Processos GEGT - Gerência de Geologia e Tecnologia MBR - Minerações Brasileiras Reunidas S.A. Rua Rio Doce, 2G - São Lucas

(2)

INTRODUÇÃO

Tendo em vista o seu Plano de Desenvolvimento de Longo Prazo a Minerações Brasileiras Reunidas S.A - MBR construiu uma usina piloto de concentração no seu Centro de Pesquisas, localizado nas proximidades da Lagoa do Miguelão, em Nova Lima - MG.

A usina piloto será de grande importância na definição dos processos para a concentração dos itabiritos da Empresa e vem se juntar à infra estrutura de pesquisa já existente, no momento voltada quase que exclusivamente para os estudos de

I

aproveitamento dos minérios de ferro de baixo teor.

Com a nova planta piloto será possível desenvolver estudos utilizando técnicas normalmente empregadas para este fim, como: separação densitária, separação magnetica, flotação convencional e de coluna, etc.

O circuito de flotação em coluna foi implantado a partir de um convênio entre a MBR e o Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear - CDTN.

A implantação do circuito de colunas foi antecedido de um estudo realizado com o minério da mina do Pico, o que permitiu o levantamento dos dados e condições de operação necessárias ao projeto.

Neste trabalho será apresentado o estudo de flotação em coluna realizado no CDTN.

DESCRIÇÃO DO FLUXOGRAMA DE BENEFICIAMENTO DO ITABIRITO

Os itabiritos estudados apresentam baixo teor de sílica nas frações grosseiras e elevado teor nas frações finas. Em função disto e considerando o processo de eliminação de sílica adequado a cada faixa granulométrica foi desenvolvido, para o tratamento do itabirito da mina do Pico, o circuito apresentado no fluxograma da Figura 1, que permitiu a geração de produtos compatíveis com as exigências de mercado.

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(3)

ALIMENT ACAO

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CONCENTRACAO

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REJEITO I

FtOTACAO EU COLUNA LAMAS

469

(4)

O minério proveniente da jazida é britado abaixo de 3/8"

(9,5lmm) e classificado em 100 malhas (0, 149 mm) utilizando um

classificador espiral. O "underflow" é peneirado em 48 malhas

(0,297 mm) e a fraçao retida, ··oversize··, constitui-se no

produto "sinter feed" grosso (SFG). A fraçao passante, com teor

de s i l ica elevado, é concentrada através de processo

gravimétrico para obtençao do produto "sinter feed" fino (SFF).

A uniao do SFG co1n SFF constitui o "sinter feed" (SF). O

"overflow" do classLficador, com granulometria abaixo de 100

malhas (0,149 mm), .lpós deslamagem em 0,009 mm, foi utilizado

para realizaçao do estudo de flotaçao em coluna visando a

reduçao do teor de si l ica.

DESCRIÇÃO E CARACTERIZAÇÃO DA AMOSTRA

A amostra utili zada para a realizaçao deste trabalho foi

recolhida no "overflow" do classificador e apresentou os teores

e distribuições granulométricas e químicas mostradas na Tabela

I .

Os teores e distribuições

granulométrica, dos principais

verificados na Figura 2. acumuladas constituintes, por podem faixa ser

As informaçôes constantes na Tabela I e Figura 2 revelam a

grande concentração dos contaminantes Al, 0₃ Mn e P na faixa

granulométrica abaix,) de 0,009 mm, o que é um fato altamente

positivo, por ser possível a sua eliminaçao através de uma

simples deslamagem. Com esta operação foi possível descartar no

"overflow· aproximadamente 50% de Al, 0₃ e Mn e 40% de P, com

perda de apenas 4,13~ da massa.

O "underflow" desta operação, objeto dos estudos de flotaçao

em coluna, é constituído basicamente de hemat i ta e quartzo, com

a seguinte campos LÇ,)C> química:

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(5)

TABELA I - Análise Granulo-química, para Has.sa 1 eor (%) Tamanho (mm) (:() fe _{s 10}2 Al ₂O 3 Mn •O, 105 ₁₁_'₃ 32,1 52,00 O, 17 0,010 •0,074 11,8 30,1 54,50 o, 12 0,010 •0,053 19' 7 35,7 45,90 O, 11 0,030 +0,044 4,3 37' 6 45' 50 O, 16 0,010 +0, 03? _{5' 7} 47,7 31' 19 O, 26 0,010 •0,030 12,7 66,1 4,01 o, 15 0,010 •0,022 13,2 57,0 18,00 o, 18 0,010 •o,o-i6 9, 3 56,8 16,50 0,63 0,012 +0,011 5,5 58,7 10,68 2,20 0,033 +O,Oü~ 1,6 55' 9 10,32 5,02 0,081 -0,009 4, 9 38,0 _19'₅ 14,87 O, 320 Allmentação 100,0 45,7 31,22 1,10 0,032 PP( - Perda ao rogo

o _{"overflow" do Classificador Espiral} Distribuição Silnples (%) p PPC Fe 510 2 Al _{2 O 3} Hn p o, 015 O, 33 7,9 18,85 1,75 3, 585 5,930 0,013 0,21 7,8 20,66 1,29 3,750 5, 375 0,015 O, 11 15, 3 28,91 1,97 18,691 10,304 0,016 o, 32 3, 5 6, 25 0,62 1 '358 2,396 0,015 0,36 6,0 5' 74 1,36 1,820 3,011 0,010 O, 15 18,4 1,64 1,74 4,036 4,450 O, 014 O, 36 16,4 7, 59 2,15 4,174 6,442 0,021 0,60 11,6 4,93 5' 34 3, 550 6,850 0,045 1,49 7,1 1,88 11,00 5, 753 8,650 0,076 3,10 1 '9 O, 52 7' 13 4,009 4,148 o, 250 9, 30 4,1 3,03 65,65 49,274 42,444 0,029 0,82 PPC 4, 54 3,02 2,63 1,67 2, 51 2, 32 5,76 6,81 9,96 5,88 54,90

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~ Teor Ferro

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TAMANHO rml

Fig. 2 : DISTRIBUICOES E TEORES ACUMULADOS. I

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(7)

473 ELEMENTO TEOR (%) Fe 45,1 Si02 33,3 Al2 03 0,54 Mn 0,012 p _0,016 PPC 0,34 PPC - Perda ao Fogo FLOTAÇÃO EM COLUNA

A técnica de flotação em coluna utiliza o princípio de fluxo em contra-corrente da polpa, alimentada a aproximadamente dois terços da altura total da coluna, com o fluxo de ar ascendente

introduzido em sua base (1),(2).

A coluna de flotação além de apresentar características diferentes das células convencionais é composta de duas seções:

Seção de Recupera<;ão está compreendida entre o ponto de alimentação da polpa e o de injeção de ar. Esta seção tem como objetivo recuperar o mineral a ser flotado através do contato eficiente entre as partículas minerais e as bolhas de ar em contra-corrente;

Seção de Limpeza está compreendida entre o ponto de

alimentação da polpa e o transbordo do material flotado. Nesta seção mantém-se constante uma camada de espuma que é lavada através de um fluxo de água em contra-corrente, adicionado abaixo do transbordo do material flotado, para eliminação do

material arrastado.

Ao contrário das células mecânicas, na coluna as seções de recuperação e limpeza estão separadas e permitem que se consiga elevar o teor do mineral de interesse sem prejudicar a sua. recuperação. Além disto existem outras características da coluna· de flotação:

(8)

geração de bolhas pequenas com possibilidade de controle do seu tamanho;

condiçóes hidrodinâmicas adequadas _(fluxo _laminar) _e _alta

probabilidade à colisão e adesão partícula-bolha;

ausência de partes móveis, fácil automação e controle, menores

custos de investimento e operacional e ocupação de espaço

reduzido.

Estas características têm permitido a obtenção de resultados

em coluna superior aos de células mecânica, principalmente para

material com granulometria fina.

Estudo de Flotação em Coluna

O estudo de flotaçâo em coluna realizado com a fração fina (-100 malhas) de minério itabirítico compreendeu a execução de testes com diferentes tipos e níveis de variáveis utilizando urna

coluna "rougher··, e o estudo de circuito com duas colunas

"rougher" e "scavenger". Os testes tiveram como objetivo a obtenção de concentr~dos com teor de Fe > 66% e SiO~ < 1,0%, com definição das condições operacionais do processo e levantamento

de parâmetros para dimensionamento e operação de unidade piloto

de maior porte (500 Kg/h).

o

fluxograma do circuito utilizado para realização dos

ensaios, apresentado na Figura _3' mostra que o rn.inério seco

previamente homogenE·izado era alimentado em um tanque para

preparação da polpa e deste para a etapa de condicionamento,

onde era ajustado o pH e adicionado o depressor, amido, da

hematita no primeiro condicionador e o coletor,

quartzo no segundo. Oeste condicionador a polpa era

em um tanque para

alimentação da coluna

fração não flotada o

ajuste da "rougher". concentrado concentração Nesta coluna de ferro e, de era no amina, do alimentada sólidos obtido flotado, e na o

rejeito de sílica, contendo ferro, que era alimentado à coluna

"scavenger" para obtenção do rejeito final e recirculação do

concentrado "scaveng·~r·. Foram utilizadas duas colunas com 5,2

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(9)

ALIMENTAÇÃO

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Figura 3 - Fluxograma do Circuito de Flotação em Coluna

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(10)

cm de diâmetro e altura modulada de forma a permitir variações

nas seções de recupe1·açâo e limpeza.

As variáveis estudadas e os resultados obtidos na etapa

"rougher· estão. apresentados a seguir:

a) Tipo e Dosagem de Amina

Com base no estlldo realizado em laboratório foram testadas

para flotação do •Juartzo em coluna duas aminas do tipo:

eteramina e acetato de eteramina. Os resultados obtidos estão

apresentados na Figura 4 e mostram que o teor de si 1 ica do

concentrado de ferro foi decrescente com o aumento da dosagem

das aminas e que o acetato de eteramina permitiu a obtenção de

concentrados de ferro com menor teor de sílica do que o

eteramina.

b) Dosagem de Amido

Com o objetivo de verificar o efeito depressivo do amido

sobre o quartzo e hematita foram realizados testes variando a

sua dosagem. Os resultados obtidos, apresentados na Figura 5,

mostram que o teor de sílica no concentrado de ferro é crescente

com o aumento da dosagem de amido.

c) pH

Os resultados do estudo de variação do valor de pH, regulado

com hidróxido de sódio e apresentados na Figura 6, mostram que

houve um aument.J significativo na recuperação de ferro e uma

redução no teor de sílica do concentrado de ferro ao realizar a

flotação em pH = 11,3.

d) Tempo de Residência

Os tempos de residência

considerando a vazão da polpa

na coluna foram calculados

do "underflow" da coluna e o.

volume da seção de recuperação. Os ensaios foram realizados

mantendo constante a taxa de alimentação de polpa e variando a

altura da zona de recuperação da coluna.

apresentados na Figura 7, mostram que

Os resultados obtidos,

o teor de sílica do

concentrado de ferro foi decrescente com o aumento do tempo de

residência.

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2 10 JO 40 50 _JO ₄₀ 50 60 60 ETERAMINA (g I) ACETATO DE ETERAMINA (g t)

FIG. 4 - EFEITO DO TIPO E DOSAGEM DE AMINA

10 · - - · - - -... - · Fe. • - - • - - - · - - - · Fe

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ioz ₂ JOO 350 400 450 AMIDO (g I)

F1g. 5 EFEITO DA DOSAGEM DE AMIDO.

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12 pH

(12)

e) Vazão de Ar

As colunas utilizadas neste trabalho são providas de aerador

de borracha com micr<lfuros e injeção de ar sob pressão. O efeito

da vazão de ar com relação à flotaçãc> do quartzo, apresentada na Figura 8, mostra que há um decréscimo no teor de sílica do

concentrado de ferro com o aumento da vazão de ar.

f) Taxa de Alimentação de Sólidos

Os ensaios com diferentes taxas

realizados mantendo a concentração rte

de alimentação foram

sólidos constante e variando a vazão de polpa. Para milntey o tempo de residência constante variou-se a altura da se<~·-l'· I•· recuperação da coluna

em função da vazão de polpa alimentada na coluna. Os resultados

obtidos, apresentados na Figura 9, mostram que o teor de sílica

no concentrado de ferro foi crescente com o aumento da taxa de

alimentação de sólLdos. Houve um aumento significativo na

capacidade de carregctmento (g/cm2.min) com a elevação da taxa d~

alimentação de sólidos.

Com exceção do pH, as outras variáveis não apresentaram

efeito significativo sobre os teores e recuperações de ferro.

Com as condições definidas na etapa ·rougher" foi realizada a

flotação · scavenger "com o objetivo de elevar a recuperação total

de ferro. Nesta etapa foram ajustados os valores das seguintes

variáveis: vazão de ar, vazão de água de lavagem, tempo de

residência, pH e dosagem de amina. A flotação "scavenger" foi iniciada com alimentação direta do flotado da coluna "rougher", entretanto houve uma recirculaçào elevada de sílica através do não flotado, concent:rado "scavenger", da segunda coluna. Em vista disto, foi elevado o pH para 11,1 e adicionada um pequena dosagem de amina na alimentação da coluna ··scavenger".

Com as condições definidas para a etapa ··rougher" e ajustadas para o "scavenger" foram feitos ensaios de circuito "rougher" -"scavenger". As condições utilizadas e os resultados obtidos no

circuito estão apresentados na Tabela I I e no balanço de massa

(13)

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Figura 10 - Balanço de Massa do Circuito de Flotação em Coluna

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(15)

TABELA II - Condições da F1otação em Coluna

VARIÁVEL

Dosagem de Acetato de Eteramina (g/t)

Dosagem de Amido ( g/t.)

Dosagem de Hidróxido de Sódio (g/t) pH

Tempo de Residência (min)

Vazão de ar (1/min)

Velocidade Superficial do Ar (cm/s)

481

ETAPA

"ROUGHER" "SCAVENGER"

51,0 412,0 141,

o

11,2 9,4 76,0 11, 1 1

o,

9

Velocidade Superficial da Água de lavagem (cm/s)

9, 4 3,0 2, 4 0,45 1, 16 2, 5 2, o 0,45 1,54 "Bias" "Hold-up"(%) Diâmetro de Bolha (mm) CONCLUSÃO 11,6 2, 1 13,

o

1,5

Os estudos demonstraram a adequabilidade do processo de

flotação em coluna para a fração fina (-100 malhas) de itabirito

da mina do Pico, obtendo-se um concentrado com teor de 69,4% de

Fe e 0,44% de Si02 e recuperação de 95,8% de ferro, utilizando

um circuito com duas colunas, "rougher" e "scavenger".

REFERÊNCIAS

1. Dobby, G.S., Column Flotation. Toronto: Department of

Metal1urgy and Materia1s Science. of University of Toronto,

1989

2. Moon, K. S., Counter Current Co1ur.m Flotation Machine. CANMET