Projeto premiado com o 16 Prêmio de
Excelência da Indústria
Minero-metalúrgica Brasileira
13 de maio de 2014 - Hotel Ouro Minas -
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Recuperação de nióbio contido no Under Flow do ciclone primeira classificação da planta Tailings
Resumo
A Anglo American Fosfato Brasil é uma empresa de mineração e produtos químicos fosfatados, onde seu bem mineral alvo é a apatita, porém dados de pesquisa mineral e operacionais mostraram a presença constante do mineral pirocloro, com teores médios de alimentação do processo de concentração de apatita em 0,28 % de Nb2O5. Durante as etapas de concentração de apatita, o pirocloro sofre enriquecimento, principalmente no rejeito da flotação, aonde chega a duplicar o teor inicial.
Para recuperar o nióbio contido no rejeito de concentração de apatita da Anglo American Fosfato Brasil, foi construída, pela Anglo American Nióbio Brasil, uma planta de concentração (Planta Tailings) com etapas de classificação, moagem, deslamagem, flotação de sílica, separação magnética, flotação de nióbio e transporte de concentrado por tubulação até a planta de lixiviação.
A Planta Tailings entrou em operação em agosto de 2008 e representa 35% da produção de nióbio da Anglo American Nióbio Brasil. A partir de 2011, foi implementado um sistema de controle de processo avançado com uso de inteligência artificial que controla e otimiza a produção.
Como a Planta Tailings opera como uma unidade adicional às unidades operacionais existentes houve um impacto social positivo nas comunidades vizinhas, pois foi construída de acordo com os padrões socioambientais de desempenho da Anglo American na região, que são transparentes. Como um benefício direto para a comunidade, a contratação de 30 (trinta) novos funcionários para trabalhar nas áreas de manutenção, operação e suporte da planta.
O capital investido para o projeto foi de US$ 32,3 milhões e o NPV10 projetado e TIR foram, respectivamente, US$ 47 milhões e 32%.
O rejeito gerado pelas plantas da Anglo American Fosfatos é submetido a uma classificação prévia por hidrociclones, onde a fração fina (< 150 #) é beneficiada na Planta Tailings para obtenção de concentrado de Nb2O5. Devido à baixa eficiência deste tipo de equipamento, 30% desta fração fina são perdidos no Under Flow ( UF) do hidrociclone para barragem de rejeitos.
O projeto se baseou na construção de uma planta (anexa à planta atual) de separação magnética e dois estágios peneiramento de alta frequência, um com corte em 100# e outro com corte em 150#, para recuperação dos finos presentes no UF dos ciclones.
O projeto foi aprovado no final de 2012, a construção iniciou em março de 2013 e a planta entrou em operação em outubro de 2013. A produção da Planta Tailings foi acrescida em 21%, o EBITDA do negócio nióbio em 13% e pay back de 10 meses. Foram investidos US$ 6 milhões.
A Anglo American
A Anglo American é uma empresa de origem sul africana, com quase 100 anos em mineração. É um dos maiores grupos em mineração e recursos naturais do mundo, com operações na África, Europa, América do Sul e do Norte, Austrália e Ásia, gerando cerca de 110 mil empregos em todo o planeta.
Líder global em platina e diamantes; metais básicos – cobre e níquel; e outros minerais, como minério de ferro, carvão metalúrgico e carvão térmico.
A empresa atua no Brasil desde 1973 e hoje está presente no país com quatro negócios: Minério de Ferro, com o Minas-Rio; Níquel, com operações em Barro Alto (GO) e Niquelândia (GO); Fosfato com operações em Ouvidor (GO), Catalão (GO) e Cubatão (SP) e Nióbio, presente nos municípios de Catalão (GO) e Ouvidor (GO).
Nióbio no Brasil e no mundo
O Brasil detém os maiores recursos e reservas minerais de nióbio, representado pelo minério denominado pirocloro, localizado nos municípios de Araxá e Tapira, no Estado de Minas Gerais, Ouvidor no Estado de Goiás e em São Gabriel da Cachoeira, no Estado do Amazonas.
Além das expressivas reservas de pirocloro, suficientes para as atuais e futuras necessidades de suprimento, o nióbio ocorre também nos minerais columbita e tantalita, em depósitos localizados no município de Presidente Figueiredo (Rondônia) em formações polímetálicas, juntamente com a cassiterita e outros minerais.
O expressivo potencial das reservas brasileiras de pirocloro - cerca de 98% em termos mundiais - concede ao Brasil posição destacada no cenário internacional, pois além de deter tais recursos é o maior produtor do minério, inclusive sob a forma de concentrado e do principal produto metalúrgico, a liga de ferro – nióbio.
Detentor das principais reservas minerais, o Brasil responde pela quase totalidade da oferta da liga ferro – nióbio, metal e outros compostos. As empresas brasileiras possuem capacidades instaladas para a mineração e metalurgia, suficientes para o atendimento aos atuais níveis da demanda mundial, utilizam modernas tecnologias para a lavra, concentração e metalurgia e realizam investimentos significativos na ampliação e modernização do parque produtivo, como também na pesquisa e desenvolvimento de novos produtos a base de nióbio, estimulando o aumento, a diversificação e a utilização do nióbio em produtos siderúrgicos e metalúrgicos.
Duas empresas brasileiras respondem pela totalidade da produção mineral - Companhia Brasileira de Metalurgia e Mineração (CBMM), empresa pertencente ao Grupo Moreira Salles, localizada no município de Araxá, em Minas Gerais e a AngloAmerican (AngloAmerican Nióbio Brasil) no município de Ouvidor em Goiás - ambas lavram o pirocloro.
O Brasil, por meio da produção da CBMM e da AngloAmerican, responde por 93% da produção mundial, vindo a seguir, o Canadá (Niobec).
Aplicações
O nióbio possui muitas utilidades e aplicações em diversos ramos econômicos: da siderurgia a setores intensivos em tecnologia. A aplicação mais comum do nióbio, ao contrário dos demais metais refratários, encontra uso principalmente na siderurgia e ocasionalmente no segmento não metalúrgico.
Os produtos de aço recebem a classificação de planos e não planos. Os primeiros são constituídos por chapas grossas e finas laminadas a quente e a frio e os aços não planos estão os trilhos, barra de reforço para concreto, fio máquina, dentre outras aplicações. Existe um tipo de aço denominado (ARBL), aço de alta resistência e de baixa liga, que permite, por exemplo, a construção de estruturas de menor peso e custo reduzido. Para aumentar a resistência mecânica do aço, basta elevar o teor de carbono, contudo algumas propriedades do aço como soldabilidade, tenacidade e conformabilidade são prejudicadas neste caso. A indústria siderúrgica tem pesquisado uma alternativa que aumentasse a resistência mecânica do aço sem alterar as outras propriedades desejáveis. O nióbio, o titânio e o vanádio são alguns dos elementos utilizados na fabricação dos aços microligados, pois possuem uma alta afinidade com o carbono.
No caso do nióbio as adições típicas são na faixa de 0,04%, ou seja, para cada tonelada de aço, são acrescentadas 400 gramas de nióbio. A vantagem do nióbio em relação ao vanádio e ao titânio é que ele possui maior resistência; mas ao utilizá-lo em conjunto com os outros elementos, pode possibilitar ganhos de sinergia à liga, como a adição de nióbio e titânio, por exemplo, na liga de alta resistência, confere uma qualidade melhor do produto. Este aço especial pode ser utilizado na construção de oleodutos e gasodutos e plataformas para exploração de petróleo em águas profundas, construção naval.
Na indústria automobilística, o aço microligado pode ser utilizado em tiras laminadas a quente, conferindo alta resistência mecânica, utilizados em chassis de caminhões e rodas de veículos, enquanto as tiras laminadas a frio são utilizadas na fabricação de automóveis. Os aços microligados podem ser utilizados para fabricação de barras para concreto armado (vergalhões); utilizadas em construções civis; na área nuclear (fabricação de reatores nucleares) e em locais de alta atividade sísmica (terremotos); na fabricação de trilhos ferroviários, utilizados principalmente em curvas e desvios, onde o desgaste do aço é mais intenso.
O nióbio é utilizado também na fabricação de aços inoxidáveis tanto a base de carbono como a base de ferro, o aço ferrítico, responsável por 10% do consumo mundial de nióbio. A principal utilidade deste aço está na produção de escapamentos automotivos. O aço inoxidável com nióbio garante melhor desempenho nas condições de trabalho em temperatura elevada, garantindo maior durabilidade à peça.
O aço ferramenta é constituído, basicamente, por carbonetos de alta dureza, como cromo, tungstênio, molibdênio, vanádio e cobalto. No desenvolvimento do aço ferramenta de alto desempenho, o nióbio aparece como elemento formador de carbonetos (NbC). Muito utilizado para cilindros de laminadores e eletrodos para endurecimento superficial.
Nos corpos moedores e as máquinas de jateamento são compostos por ferro fundido a base de nióbio e também é utilizado em discos de freios de caminhões. Em todos estes casos, o nióbio é adicionado, dando origem a carbonetos adequados para uso em situações severas de desgaste e abrasão.
Dentre os materiais projetados para funcionar por longos períodos em atmosferas oxidantes e corrosivas, submetidas a temperaturas acima de 650º C, estão às superligas, que demandam o segundo maior consumo de nióbio depois da indústria do aço. Existem diversos tipos de superligas que utilizam nióbio, mas o destaque é liga INCONEL 718, com teor de 53% de níquel (Ni); 18,6% de Cromo (Cr); 18,5% de Ferro (Fe) e 5,3% de Nióbio (Nb). A liga 718 é utilizada principalmente nos motores a jato e motores militares, como exemplo, a General Electric (GE) produz o motor CFM56, o motor a jato mais usado
atualmente, contem aproximadamente 300 quilos de nióbio de alta pureza. Ela pode ser utilizada também em outras peças de motores como parafusos e eixos de rotor; na indústria nuclear; na indústria criogênica (referente ao uso de tecnologias para produção de temperaturas muito baixas, abaixo de -150º C, estado em que o elemento nitrogênio se encontra na forma líquida) e na indústria petroquímica.
O nióbio metálico é um dos metais que mais resistem à corrosão, principalmente em meios ácidos e metais alcalino fundidos. Também é utilizado em componentes de lâmpadas de alta intensidade para iluminação pública, associado ao metal tungstênio (W), pois requer alta resistência mecânica, associadas à resistência corrosão pelo sódio (Na).
Outra propriedade fundamental do nióbio é a supercondutividade, que é desaparecimento total da resistividade elétrica em temperaturas críticas próximas ao zero absoluto. Em estado puro, o nióbio encontra aplicação em aceleradores de partículas subatômicas.
O Grande Colisor de Hádrons (LHC sigla em inglês), o maior acelerador de partículas do mundo, é um mega projeto envolvendo cientistas de diversos países, incluindo o Brasil. Localizado na fronteira entre a Suíça e a França, é um anel de 27 Km de circunferência, enterrado a 100 metros de profundidade e resfriado a 271,3 graus abaixo de zero. Visa detectar a existência de partículas elementares da matéria, inferidas pela física teórica, porém jamais observadas como o bóson de Higgs, o que poderia confirmar a existência da matéria escura e, consequentemente, confirmar as teorias atuais sobre a origem do universo. Neste supercondutor, há magnetos compostos pela liga nióbio-titânio.
Outra utilidade do nióbio metálico está na indústria aeroespacial: a liga C-103 é composta de nióbio, háfnio e titânio são utilizados como material refratário por resistir a temperaturas acima de 1300 ºC e aceitar revestimentos contra oxidação, utilizados em propulsores e bocais de foguetes e está sempre presente na saia do motor Pratt & Whitney F100, um gerador de alta potência usado nos caças F15 e F16.
O metal nióbio pode ser utilizado também em ligas de nióbio-titânio, para uso em implantes cirúrgicos; em componentes de nióbio-titânio resistentes à ignição, usados por mineradoras, principalmente na extração de ouro; em lâminas de nióbio puro usadas na produção de diamantes sintéticos; em plataformas marítimas, com cabos anódicos de nióbio platinizados para proteção catódica (contra corrosão) e para alvos de evaporação usados na indústria eletrônica e nas lâminas de barbear.
O óxido de nióbio é utilizado na produção de cerâmicas finas como capacitores cerâmicos, lentes óticas, ferramentas, peças de motor e alguns elementos estruturais resistentes ao calor e a abrasão. A fabricação destes materiais requer óxido de nióbio de alta pureza. O
óxido de nióbio com 99,9% de pureza é utilizado para a fabricação de peças cerâmicas, lentes óticas, condensadores e atuadores cerâmicos.
A produção de monocristais de niobato de lítio, utilizados em filtros especiais de receptores de TV exige o teor de 99,99% de óxido de nióbio, ou seja, óxido de nióbio de altíssima pureza.
No ramo da catálise, compostos de nióbio têm sido utilizados para diversas reações de interesse industrial. A catálise muda a velocidade das reações químicas, contudo a substância catalisadora não se altera ao final da reação química.
Processo produtivo na planta Tailings
O processo de concentração do pirocloro consiste nas etapas de classificação e moagem, separação magnética, deslamagem 1, condicionamento e flotação de silicatos, deslamagem 2, scrubbagem, deslamagem 3, deslamagem 4, condicionamento e flotação do pirocloro e transporte do concentrado em tubulação até a planta de lixiviação.
Na Planta de Lixiviação, o produto lixiviado da Planta Tailings é misturado ao produto lixiviado da Planta Boa Vista, calcinado em um forno rotativo a uma temperatura de aproximadamente 850° C, resfriado, acondicionado em Big Bag e enviado para etapa posterior de metalurgia (aluminotermia).
Classificação e moagem
A classificação é realizada por hidrociclones e moagem de bolas em circuito fechado com a finalidade de adequar a granulometria do minério e liberar as partículas de pirocloro para possibilitar a flotação. O under flow do ciclone da primeira classificação contem 30% de partículas finas que são direcionadas até a nova planta de classificação por peneiramento de alta frequência objeto deste trabalho.
Separação magnética
A Separação Magnética tem por objetivo retirar do circuito as partículas magnéticas que não contém pirocloro associado.
O overflow da classificação é deslamado em ciclone de 40 mm com a finalidade de eliminar a maior quantidade de reagentes utilizado na flotação de apatita e também a fração menor que 10 micra (lamas).
Condicionamento e flotação de silicatos
O condicionamento é realizado em pH alcalino entre 9,5 e 10,0, utilizando-se NaOH como regulador do mesmo e amido de milho como depressor de minerais ferrosos. A flotação de silicatos é imprescindível para obtenção de concentrados de pirocloro dentro das especificações.
Deslamagem 2
O rejeito da flotação de silicatos é desaguado a fim de se reajustar a percentagem de sólidos para a próxima operação e eliminar parte dos resíduos do coletor de silicatos.
Scrubagem
O underflow da deslamagem 2 é scrubbado com a finalidade de limpar as superfícies das partículas.
Deslamagem 3
O minério depois de scrubbado é novamente deslamado com a finalidade de eliminar lamas e resíduos de reagentes ainda presentes.
Deslamagem 4
Assegura que a flotação do pirocloro não sofra interferência de resíduos de reagentes ou de lamas.
Condicionamento e floração de pirocloro
O condicionamento é realizado em pH ácido em torno de 4,0, utilizando-se ácido fluossilícico como regulador do mesmo. A flotação do pirocloro é realizada em estágios de concentração, Rougher, Scavenger e Cleaners.
Transporte do concentrado
O transporte do concentrado de pirocloro é realizado por meio de bombeamento em tubulação até a Planta de lixiviação localizada a cerca de 2 km de distância, dentro da Planta de Concentração do Minério da Mina Boa Vista.
Rejeitos da planta Tailings
Os rejeitos gerados pela Planta Tailings são direcionados para barragens de rejeitos destinadas para este fim.
Overview Sinergia entre plantas de fosfato e nióbio
Análise do UF do Ciclone da classificação primária
Para o estudo de viabilidade do projeto, fez-se necessário, dentre outras coisas, estudo das características do under flow do ciclone da classificação primária em termos de conteúdo da substância útil, no caso o nióbio, conteúdo dos contaminantes, principalmente sílica e da distribuição granulométrica, uma vez que esta distribuição é um dos fatores determinantes para etapas posteriores de concentração (flotação).
Distribuição granulométrica
O gráfico mostra que o UF do ciclone contém 55% de partículas abaixo de 100#, ou seja, partículas finas que deveriam entrar na próxima etapa de tratamento estavam sendo direcionadas para barragem de rejeitos.
Análise do teor de nióbio
O gráfico da esquerda mostra um aumento contínuo e sistemático de teor de nióbio nas faixas granulométricas abaixo de 100#, que são as faixas das quais se pretende recuperar o nióbio. O gráfico da direita mostra a quantidade de nióbio por faixa granulométrica. Mais de 60% do nióbio está na porção granulométrica abaixo de 100#.
Análise do teor de sílica
A sílica, um contaminante do processo, está presente em maior proporção (66%) na fração que será descartada no rejeito, o que é desejável.
Peneiramento de Alta Frequência
Princípio de funcionamento do peneiramento (vibratório)
Os princípios de peneiramento em peneiras vibratórias são basicamente os mesmos para qualquer emprego. O material ao ser lançado sobre a caixa de alimentação ou diretamente sobre a superfície de peneiramento perde sua componente vertical de velocidade, sofrendo alterações na direção de deslocamento. Por vibração, a camada de material tende a desenvolver um estado fluido. Uma vez o material sobre a superfície de peneiramento lhe ocorre processos que modificam o comportamento das partículas influenciando à eficiência do peneiramento. Os fatores que influem no comportamento das partículas são:
A área e a forma da superfície de peneiramento; O tipo de superfície;
Inclinação da superfície; Umidade do material;
Forma da partícula, sua natureza física (densidade, dureza, porosidade, friabilidade, ângulo de repouso, higroscopicidade, abrasividade, carga elétrica) e a presença de material argiloso;
Porcentagem de partículas de dimensões próximas à malha (granulometria da alimentação);
Fluxo da alimentação e a espessura da camada de material sobre a superfície (estratificação);
Porcentagem da área aberta, isto é, a relação entre a soma das áreas das aberturas e a área total da superfície (tipo de superfície);
Ângulo de incidência da alimentação.
É compreensível a dificuldade para desenvolver um cálculo teórico para peneiramento tomando em conta tantos fatores, esta situação favorece a que o usuário acate principalmente as recomendações dos fabricantes e às aproximações empíricas dos testes. Para poder peneirar, uma peneira de exercer três ações independentes e distintas sobre a população que é alimentada a ela:
Deve transportar as partículas de uma extremidade do deck à outra (deck ou superfície da peneira);
Deve estratificar o leito de modo que as partículas maiores fiquem por cima e as maiores por baixo;
Peneiramento.
Estratificação
É o processo que ocorre na camada de material, por efeito do movimento vibratório, ao deslocar-se sobre a superfície de peneiramento, pelo qual as partículas menores, escoando através dos vãos criados pelas partículas maiores, encaminham-se para a parte inferior da camada, indo de encontro com a superfície de peneiramento, enquanto as partículas maiores se deslocam na parte superior da camada.
Os fatores inter-relacionados que afetam a estratificação são:
Forma de percurso do material: função da estratificação do material, espessura da camada, características de funcionamento da peneira.
Características de funcionamento: amplitude, inclinação, direção de rotação, tipo de movimento e frequência.
Estrutura da camada de peneiramento
Pelo motivo que a espessura da camada depende da rapidez do fluxo ao longo da peneira, é difícil seu cálculo, porém, baixo algumas considerações, são proporcionais à rapidez de alimentação, sendo, expressadas estas capacidades em toneladas, por metro quadrado, por hora e por milímetro de abertura. A capacidade das peneiras diminui rapidamente com a diminuição da malha, porque nos peneiramentos de materiais finos o entupimento é mais frequente, pela umidade, aderência e aglomeração de finos.
De uma maneira geral, quanto mais larga a peneira, maior sua capacidade, e, quando mais cumprida, maior será sua eficiência, como referência, três minutos de agitação de um peneiramento em laboratório corresponde ao percurso de uma camada sobre um deck (superfície) de 60 metros de cumprimento.
A segregação e estratificação é um fenômeno que a vibração faz que as partículas menores se desloquem ate o fundo da peneira e as maiores se elevem até a superfície da camada. É difícil antecipar a espessura da camada de peneiramento, mas é aceito que sobre o deck se formam três regiões:
(I) região de baixo fluxo, pela presença de grossos e falta de segregação.
(II) região com máxima rapidez de fluxo, não existe muito rebote das partículas, formação de uma monocamada.
(III) região com poucas partículas para formar monocamada, baixa velocidade de fluxo e movimentos sem restrição.
De forma prática a espessura da camada da alimentação sobre o deck não deve exceder a 4 vezes a abertura, para o material que tenha uma densidade de 1.600 Kg/m3, ou 2,5 a 3 vezes a abertura para um material de densidade aparente de 800Kg/m3.
Representação de uma peneira vibratória inclinada, com detalhe das três regiões (I, II e III) e da camada de peneiramento.
Características de funcionamento
As peneiras vibratórias são construídas por um chassi robusto, apoiado em molas, um mecanismo acionador do movimento vibratório e um, dois ou três suportes para as telas (decks). Os decks podem ser de barras, chapas, telas ou uma alternação destas nessa ordem.
As peneiras vibratórias inclinadas têm inclinações variando entre 15° e 35° e transportam o material do leito a uma velocidade de 18 a 36 m/min, dependendo da inclinação. Por enquanto as peneiras horizontais transportam o material à velocidade de 12 m/min.
As peneiras vibratórias horizontais têm um movimento retilíneo, com um mecanismo diferente ao sistema vibratório das inclinadas:
A capacidade de uma peneira horizontal é 40% maior que a de uma peneira vibratória de mesma área;
A faixa que funciona é muito restrita: 21/2 a 1/8 a seco a 48# a úmido;
O movimento retilíneo é mais enérgico que o circular e em decorrência a tela tende a entupir menos;
Em faixas menores às descritas, o equipamento tende a funcionar eficientemente como um desaguador, deixando a maior das partículas sólidas sobre o deck.
A utilização de peneiras horizontais pode ser motivada pela falta de espaço vertical e restrita a uma faixa de tamanho. Há uma relação direta entre a frequência e a amplitude adequadas a cada faixa de peneiramento.
São usadas frequências entre 500 e 2.500 rpm e amplitudes menores que 10 mm e entre 25 e 500 rpm e amplitudes entre 15 e 30 mm, para peneiras de trabalho pesado. Para peneiramento fino, as frequências são muito mais elevadas chegando até 7.200 rpm.
Os mecanismos que fornecem os movimentos de amplitude e frequências são variados e exigem conhecimentos de mecanismos como mancais, molas, contrapesos, motores elétricos descentrados, etc.
Existem peneiras horizontais (pelo movimento retilíneo) que tem inclinação negativa, aumentando o tempo de residência dos materiais finos (formando um cavalete) sobre o deck e em consequência aumentando a eficiência do peneiramento.
Umidade da alimentação
A umidade em um material a ser peneirado pode ou não modificar o tratamento deste, pois o material pode apresentar umidade natural tolerável (material seco), depender das condições do clima (chuva ou sol), ser peneirado na forma de polpa (úmido), receber lavagem sobre a peneira (com sprays) ou simplesmente não influenciar nos peneiramentos de materiais grossos.
As operações de peneiramento podem ser feitas com ou sem lavagem do material sobre a tela, mas, esta consideração pode ser definida durante a fase de testes do projeto. Um minério com pouca argila e sem pegar umidade durante seu transporte pode ser peneirado sem lavagem nas frações grossas ate mesmo ¼ de polegada (1 polegada = 25,4 mm). Se o minério apresenta alta porcentagem de finos, o peneiramento sem lavagem é impossível nas peneiras finas a partir de ¾ de polegada.
Em sequência os problemas de aumento da umidade poderiam ser ordenados: Dificuldade de estratificação;
Os finos desde 1 mm se aglomeram; Os finos se aderem aos grossos;
Entupimento da peneira (cegamento);
De uma forma geral os materiais totalmente secos ou totalmente molhados não dão problemas no peneiramento, mas um material com baixa umidade (< 5%) e mais fino pode causar prejuízos significativos para a eficiência do peneiramento.
O uso direto de lavagem sobre a peneira às vezes coincide com o tratamento posterior do material, como classificação, flotação, moagem a úmido, hidrometalurgia, etc., fora destes casos, o uso de métodos para retirar umidade (filtragem, classificação, espessamento, desaguamento, etc.) representam, na maioria dos casos, custos.
Probabilidade de separação
É o processo das partículas introduzirem-se em aberturas e serem rejeitadas se maiores que a abertura ou passarem através dela se fossem menores. A probabilidade de separação esta relacionada com as dimensões relativas dos grãos e da malha.
Seja uma malha quadrada de abertura ‘a’ e diâmetro do fio ‘b’. A probabilidade de passagem de uma esfera de diâmetro ‘d’, caindo perpendicularmente à superfície será a seguinte (desconsiderando o fato que ela pode ser rebatida pelo fio na batida):
É importante considerar que no peneiramento industrial as grades não permitem peneirar eficientemente partículas menores muito próximas à abertura ‘a’, assim pode-se assumir que o tamanho de corte efetivo de uma peneira pode estar em volta de ‘d/a = 0,8. Isto também inclui a diminuição do tamanho de produto a uma abertura equivalente pela inclinação que possa ter a superfície da peneira (equivalente a análise granulométrica do passante D80% e D95% que no tratamento de minérios é considerada o tamanho máximo das partículas).
Então é comum que as aberturas (medidas em laboratório) dos furos da peneira sejam um pouco maiores que as especificações dadas para essa peneira, dando na prática que em um produto (undersize) exista entre 3 a 5% de sobre tamanho, é importantes controlar inicialmente e periodicamente o tamanho do produto para definir o tamanho e as modificações que possam ter pelo desgaste dos fios.
A probabilidade de separação de uma dada partícula é função da relação entre o seu tamanho (d) e a abertura da tela (a). Quanto maior for a diferença entre ambos, mais facilmente passam ou são rejeitadas pela tela e vice-versa.
As partículas de tamanho d > 1,5 (a) têm reduzida importância para o resultado do peneiramento. A quantidade relativa desta influi principalmente no desgaste e na energia consumida.
As partículas de tamanho d < 0,5 (a) são também de menor influência, uma vez que atravessam facilmente as malhas.
As partículas de tamanho entre 0,5 (a) > d < 1,5 (a) são chamadas de classe critica, determinam tanto a eficiência como a capacidade da tela.
As partículas entre 0,5 (a) < d < 1,0 (a) muitas vezes necessitam de várias tentativas para conseguir passar pela abertura da tela.
As partículas 1,0 (a) < d < 1,5 (a) entopem grande número de malhas antes de saírem da tela como material retido.
Superfície da peneira
A superfície de peneiramento pode aumentar a probabilidade de passagem segundo as dimensões das partículas, uma superfície retangular invés da quadrada aumenta as probabilidade de passagem, ainda mais se as partículas foram na forma de lajes.
Influência da forma e dimensão ‘d’ das partículas comparadas com o tamanho da abertura da peneira ‘a’.
Para escolher um tamanho específico de abertura é necessário conhecer o tamanho de partícula a ser separada, sendo logo mais difícil a seleção do diâmetro do arame (ou barra), pois quanto menor este diâmetro, maior é a porcentagem de superfície furada disponível e consequentemente maior a capacidade por unidade de área (maior oportunidade de passo das partículas, maior eficiência).
Por enquanto, um arame mais grosso é mais resistente à ruptura, tensão e desgaste, maior tempo de vida.
Com maior superfície nos arames é maior a possibilidade de aderência de finos e úmidos, produzindo cegamento da peneira.
Novamente a análise granulométrica da alimentação determinará a proporção de partículas 1 e 1,5 vezes a abertura que é a faixa de tamanhos que mais problemas de entupimento das peneiras.
Na pratica á área furada de uma peneira que produza um mínimo de custos de operação estão entre o 20% e 80%.
Forma de abertura
A malha de referência habitual é a quadrada, mas, como foi já mencionada, uma malha retangular, de largura ‘a’, pode ser considerada como aproximadamente equivalente a uma malha quadrada de largura 1,1(a). Para que essa regra se aplique, é necessário que a tela (malhas) não se deforme.
Existem superfícies de arame trançado de secção retangular alongada, que tem a vantagem de não entupirem facilmente, porque pela vibração secundária dos fios, a malha pode se abrir, deixando passar as partículas; nestes casos, a malha quadrada equivalente pode chegar a até 1,5(a).
Malhas retangulares têm maior porcentagem de área aberta; por outro lado, a probabilidade de passagem dos grãos através das aberturas retangulares é maior que através de aberturas quadradas de mesma largura, e por tanto tem maior capacidade por unidade de superfície.
Constata-se que para uma malha retangular de comprimento de malha igual a seis vezes a largura, a capacidade da superfície é aproximadamente o dobro. As ranhuras retangulares que ocorrem longitudinalmente ao fluxo maximizam a capacidade da peneira e o tamanho de corte, mas o desgaste da superfície é maior.
As superfícies de chapas furadas com aberturas circulares proporcionam um peneirado mais exato, sendo que para igualar ao tamanho de separação das superfícies quadradas, as aberturas da chapa têm que ser de 10 a 40% maior que das quadradas. Para aumentar a proporção de superfície furada, é necessário escalonar os furos, esta apreciação é utilizada para qualquer perfuração em chapas.
Tamanho da superfície de peneiramento
A capacidade é quase diretamente proporcional à largura da peneira. Um maior comprimento proporciona uma maior oportunidade de passo das partículas, aumentando a eficiência e um pouco mais a capacidade de processamento.
Experimentalmente se recomenda que o comprimento da peneira deva ser dois ou três vezes a largura, sendo que também deve ser considerado o espaço ocupado.
Gráfico que representa o efeito de utilizar peneiras de diferentes comprimentos na velocidade de alimentação (t/h) e na eficiência de peneiramento (%).
Ângulo de inclinação
À medida que se aumenta a inclinação da peneira a abertura se reduz efetivamente com o ângulo de declive. Ao mesmo tempo o material se movimenta mais rapidamente pela peneira com uma melhor estratificação.
Camada delgada de minério + maior estratificação eleva a eficiência.
Baixo tempo de permanência do minério + abertura efetiva decrescente diminui a eficiência. A maioria das peneiras trabalha efetivamente com ângulos entre 12 e 18°, outras trabalham com ângulos reduzidos ou ângulos negativos (horizontais) e no caso das eletromagnéticas (alta frequência) com inclinações ate 35°.
Efeito da inclinação da superfície de peneiramento na redução da abertura efetiva
Movimento da superfície de peneiramento
O objetivo do movimento da peneira é expor às partículas várias vezes e de forma consecutiva às aberturas da superfície de peneiramento, além disso, este movimento e a gravidade afeta ao transporte do material ao longo da peneira.
Nas peneiras de movimento na vertical tem um numero de fatores que contribuem à eficiência máxima:
Pulo do material sobre a superfície; Escoamento ao longo da superfície;
Abertura e frequência devem ser grandes para evitar cegamento, mas não muito como para perder oportunidades de passagem;
As máximas trajetórias das partículas devem ocorrer no final do deck.
A frequência deve diminuir e a amplitude deve aumentar quando aumenta a abertura da peneira.
Correspondência entre a eficiência do peneiramento, da amplitude e da frequência da vibração.
As peneiras vibratórias inclinadas têm um movimento vibratório circular ou elíptico. Este movimento faz com que as partículas sejam lançadas para cima para frente, de modo que possam encontrar a tela varias vezes, tentando passar em sucessivas aberturas. O sentido de rotação pode ser na mesma direção do fluxo do oversize (pro fluxo), ou ao contrário, nesta situação chamada de contra fluxo, se diminui a velocidade de escoamento do oversize, mais se ganha maior eficiência no corte, pelo fato que as partículas têm maiores chances de atravessar o deck.
Representação do tipo de movimento circular na peneira vibratória inclinada e do movimento em linha reta na peneira vibratória horizontal.
Nas peneiras de movimento horizontal, a velocidades são baixas, a eficiência do peneiramento é alta e o cegamento é recorrente, ao contrário, as velocidades altas, o
cegamento diminui, a eficiência é baixa pelo fato que as partículas terem dificuldades de chegar até a superfície da peneira para passar.
Peneiramento de alta frequência
No processamento mineral, para separação de partículas considerando seu tamanho real, as peneiras sempre foram empregadas como dispositivo padrão para classificação de partículas grossas. No entanto, para separação de partículas finas, sua aplicação sempre foi considerada impraticável e antieconômica devido a três fatores: baixa capacidade, alto desgaste das telas e entupimento.
Pensou-se então em desenvolver novas peneiras que atenderiam também ao peneiramento de finos e que poderiam ser utilizadas em circuitos de moagem. Em 2000, depois de extensa pesquisa, a corporação Derrick descobriu que a largura é o principal fator que influencia diretamente na capacidade e eficiência das peneiras.
Utilizando-se dessa informação, a empresa investiu e desenvolveu uma peneira que foi usada em circuitos de moagem atingindo a eficiência de 90% (ALBUQUERQUE et al., 2009).
A peneira de alta frequência oferece pequena amplitude de vibração. Devido à vibração de alta frequência, a tensão da superfície do minério é quebrada. Assim, minérios finos vibrarão vigorosamente sobre a superfície da peneira, que prende a separação dos minerais úteis com gravidade específica elevada ou de alta densidade e permite que minérios extrafinos tenham mais oportunidade de contato com a superfície da peneira.
As peneiras empregadas no projeto possuem um distribuidor acoplado às peneiras que divide a alimentação nos cinco deques paralelos colocados um sobre o outro. Um amplo espaço é deixado entre os deques para observação durante a operação e fácil acesso para manutenção e troca de telas.
Cada deck é formado por duas telas em série, equipados com sistema de lavagem que direcionam o undersize para uma única saída. O oversize de todos os deques, semelhante ao undersize, ao chegar ao final dos mesmos é direcionado ao uma única saída (VALINE et al., 2009).
A vibração é provocada por moto-vibradores, que girando em sentidos contrários produzem um movimento linear de alta frequência, que é distribuído aos cinco deques, ao longo de todo comprimento e área, para um melhor transporte do oversize (VALINE et al., 2009).
Em termos de eficiência, a classificação por peneiramento é o melhor quando comparado com outros métodos, como por exemplo, a classificação por ciclones. Enquanto no peneiramento obtém-se eficiência acima de 85%, em ciclones é muito difícil alcançar 70% de eficiência.
A nova planta, anexa à atual, consiste basicamente em separação magnética com o objetivo de remover partículas magnéticas, que não contém nióbio. A fração não magnética alimenta a primeira etapa de peneiramento de alta frequência com corte em 100#. O oversize (OS, partículas acima de 100#) é muito pobre em nióbio, constitui o rejeito final desta planta e é direcionado para barragem de rejeitos. O undersize (US, partículas menores que 100#) alimenta a segunda etapa de peneiramento.
A segunda etapa de peneiramento de alta frequência tem o corte em 150#. O OS (partículas acima de 150#) alimentam um moinho de bolas em circuito fechado. O US (partículas menores que 150#) constituem o produto final desta planta e é direcionado para etapa de concentração por flotação da Planta Tailings.
Peneiras e distribuidores empregados
Resultados
O projeto, que está em fase de comissionamento e passa por ajustes operacionais e de manutenção, está superando os objetivos propostos. O aumento da massa alimentada e com maior teor de nióbio (pirocloro), facilita o processo de flotação que quando ajustadas as variáveis desta etapa, aumenta a recuperação metalúrgica da planta.
O incremento de produção esperado no projeto era de 21% e do início da operação até agora, este incremento foi de 40%, comparando alimentação de mesmo teor de nióbio e
mesma massa alimentada no processo. Se projetarmos este incremento de produção para cálculo dos custos, obtemos uma redução de 29% no custo unitário da Planta.
Outro benefício deste projeto é que ele está sendo encarado como exemplo de renovação tecnológica em classificação de minérios para aplicação na Planta Boa Vista, que processa minério da mina de mesmo nome e em outras plantas do Grupo Anglo American.
Autores
Joselito Dásio da Silva
Gerente de Operações de Nióbio
Graduado em Engenharia de Minas e mestre em Engenharia Mineral, ambos pela Universidade Federal de Ouro Preto. Participou ainda do Programa de Desenvolvimento Gerencial da Fundação Dom Cabral. Com mais de 20 anos de experiência, sua carreira inclui passagens por mineradoras
como Vale, MRN e SAMA. Está na Anglo American desde 2011, onde exerce a função de Gerente de Operações de Nióbio.
Pauliano Cruz
Coordenador de Produção
Formado em Engenharia de Minas pela Universidade Federal de Ouro Preto, possui especialização em Gestão de Negócio Fosfato pela Universidade de São Paulo. Está na Anglo American desde 2004, onde começou como Engenheiro de Produção na área de Fosfatos. Em 2008 começou a atuar no negócio Nióbio da companhia onde atualmente desempenha a função de Coordenador de Produção da área de Beneficiamento de Nióbio.
Daniel Gonçalves
Coordenador de Produção
Possui graduação e mestrado em Engenharia Química pela Universidade Federal de Uberlândia, além de MBA em Gestão Empresarial pela Fundação Getúlio Vargas. Já participou do Programa de Desenvolvimento Gerencial da Fundação Dom Cabral. Está na Anglo American desde 2008, onde atualmente desempenha a função de Coordenador de Produção.
Kleber Macedo
Engenheiro de Processos
Graduado em Engenharia Metalúrgica pela Universidade Federal de Ouro Preto e especialista em Tratamento de Minérios pela Universidade Federal de Goiás. Sua experiência profissional inclui passagens por empresas de mineração como a Companhia Siderúrgica Paulista e Mirabela Mineração do Brasil. Está na Anglo American desde 2012 onde atua como Engenheiro de Processos.
Grupo de Melhoria NbUSTER
Grupo de Melhoria do Negócio implantado em Nióbio no ano de 2012. Utiliza a metodologia PDCA para identificar as oportunidades de melhoria, agir e controlar os resultados. O Grupo NbUSTER tem como meta melhorar os índices de recuperação de minério na planta Taillings.
