FLOT AÇÃO COM RECICLO DE CONCENTRADO (FRC) NA RECUPERACÃO DE MINÉRIO DE COBRE: FUNDAMENTOS E APLICAÇÕES

FLOT AÇÃO COM RECICLO DE CONCENTRADO

(FRC) NA RECUPERACÃO DE MINÉRIO DE COBRE:

FUNDAMENTOS E APLICAÇÕES

Érico Tabosa, Camila Centena, Francisco Testa & Jorge Rubio

Universidade Federal do Rio Grande do Sul (UFRGS) Laboratório de Tecnologia Mineral e Ambiental (LTM) Av. Bento Goncalves, 9500-Prédio 75 Sala 126

91501-970 Po;to Alegre - RS -Brasil Fone (51 )3308.94 79/ Fax (51 )3308.94 77 jrubio@ufrgs.br; http://www.ufrgs.br/ltm

RESUMO

Este trabalho teve por objctivo avaliar, cm escala de laboratório, a Rotação com rccirculação parcial de frações concentradas (flotadas) à alimentação da tlotação primária, aqui denominada de Flotação com Reciclo de Concentrado - FRC. Esta al-ternativa foi avaliada cm termos cinéticos c pela recuperação, entre outras, de partículas minerais finas ("F"40-13!lm) e ultra-finas ("UF"<I3!lm) de minério sulfetado de cobre. Também, foi avaliado o efeito do condicionamento em alta intensida-de (CAI), etapa pré-ftotação, na eficiência comparativa com FRC e em conjunto com FRC. Os resultados são discutidos em termos dos parâmetros da captura de partículas por bolhas de ar, do efeito do aumento "artificial" do teor de partículas de alta cinética de ftotação (FRC) e do efeito do regime hidrodinâmico turbulento de condicionamento (CAI), na segunda etapa da FRC. Em particular, o estudo visou aperfeiçoar o processo convencional de tlotação, com ênfase no tratamento de finos e ultrafinos de minérios, problemática antiga na área de tecnologia mineral. Os resultados mostraram que a FRC permitiu au-mentar os parâmetros de separação (recuperação, teor c cinética) de partículas portadoras de cobre. Os melhores resultados foram obtidos com a FRC com CAI. Nestes estudos foram obtidos ganhos de 17% na recuperação metalúrgica e 3,6% no teor de cobre, sendo que a cinética do processo também foi 2,4 vezes maior, quando comparado com os estudos de flotação padrão (Standard). Estes resultados também foram acompanhados por um aumento de 32,5% na recuperação real e uma diminuição de 2,4 vezes no grau de arraste hidrodinâmico das partículas sulfetadas de cobre. Esses resultados são explicados pelos meca-nismos propostos que ocorrem no CAI, que têm relação com o fenômeno de agregação de partículas, sendo otimizados com o reciclo do concentrado, que aumenta "artificialmente" o teor, resultando assim em um aumento da probabilidade de coli-sões entre as partículas hidrofóbicas ("sementes" ou "carricr").

PALAVRAS-CHAVE: Flotação de minérios com reciclo de concentrado, finos, ultrafinos, sulfetos de cobre.

ABSTRACT

This paper dcscribes thc ctTcct of the partia! concentratc (rougher ftoated product) recirculation to rougher flotation feed, here named Concentratc Rccirculation Flotation - CFR. Main parameters at laboratory scale were studied to evaluate this alternativc wcrc ftotation rate and rccovcry of fine ("F" 40-13 11m) and ultrafine ("U F" < 13 11m) mineral particles ( copper sulphides). More, thc comparativc cffcct ofhigh intcnsity conditioning (H I C), as a pre-flotation stage for the rougher ftotation, was studied alonc or combined with CRF. Flotation results were evaluated through separation parameters, grade- recovery and flotation rates, especially in thc fine and ultrafine fractions, a very old problem of ore treatment by ftotation. Results showcd that the tloated concentrate recirculation enhanccd the metallurgical recovery, grade and rate flotation of copper sulphides. Herein, best resulls were obtaincd with concentratc rccirculation flotation combined with high intensity conditioning (CRF-HIC), increased twicc thc kinetics rate values and enhanced 17% the Cu recovcry and 3.6% the Cu grade, and higher ftotation rates (2.4 times fastcr). These wcrc accompanicd by an enhancement cquivalent to 32% in the "true" ftotation and by the low amount of cntrained copper particles (2.4 times slower). These results were explained by particle aggregation occurring after HIC, enhanced by the higher numbcr of recyclcd floatable particles. This "artificial" increase in valuable mineral grade rcsultcd in highcr collision probability between hydrophobie particles acting as "seeds" or "carrier".

Tabosa, Centeno, Testa & Rubio

1. INTRODUÇÃO

A concentração de minérios por ftotação apresenta boa eficiência cm uma dada faixa de tamanho de partícula fora da qual a recuperação diminui significativamente. Essa faixa de tamanho depende da espécie mineral, escala de operação c concentração de reagentes, por exemplo 6-70 11m para galcna, X-90 11111 para cstàrelita, 15-60 11m para calcopirita c 20-150 11m para pirita (Song e outros, 200 I). Os principais problemas c características obser-vadas na flotação de partículas fi~as c ultrafinas são ( Pcase c outros, 2006 ):

Partículas F-UF possuem uma alta área superficial por unidade de massa, o que acarreta cm um maior

consumo de reagentes;

As partículas possuem baixo momentum, o que fàcilita o arraste hidrodinâmico pelas linhas de fluxo de água, e leva a uma menor energia de colisão com as bolhas de ar;

Essas frações são mais passíveis ao mecanismo de s!ime coating (recobrimento por lamas), ou devido a

sua alta área superficial fazendo-as assim mais rcativas; ou talvez pelo seu baixo momentum,

significan-do, para fraçõcs muito pequenas, uma diminuição na limpeza superficial pelo mecanismo de atrição com

outras partículas;

Os F-UF tendem a serem mais afctados por íons cm solução presentes na água de processo;

A alta área superficial leva a formação de espumas mais resistentes c a filtragem é mais difícil, por

cau-sa do bloqueio dos poros (vazios) do tecido filtrante;

A cinética de ftotação para as frações F-UF é menor que a das partículas de tamanho médio. Essas

fra-ções dificilmente podem ftotar com bolhas grandes, porém o uso de bolhas pequenas aumenta, na

flota-ção, sua cinética e a captura de partículas pelas bolhas.

As alternativas para o aumento de recuperação de F-UF são diversas c apresentam um grau diferenciado de

eficiência. As alternativas existentes, hoje, são baseadas cm novos conceitos de diminuição da geração (na usina de beneficiamento) de finos e ultrafinos, de otimização da "captura" de partículas por bolhas c de aumento do ta-manho das partículas problema. Dentre as técnicas com maior potencial estão a tlotação com óleos (extender ou extcnsora otimizada- óleos emulsificados) (Rubio c outros, 2003; Rubio c outros, 2004; Matiolo c outros, 2004); tratamento fracionado por tamanho de partículas; ftotação rougherflash ou uni/ (Rubio, 1996; Andrade e outros,

2002; Mackinnon c outros, 2003); condicionamento cm alta intensidade (CAl) seguido de ftotação (transporta-dora e autotransporta(transporta-dora) (Rubio e Brum, 1994; Valdcrrama c outros, 1995; Valdcrrama, 1997; Yalderrama e Rubi o, 1998; Rosa c outros, 1998; Rubi o e outros, 2004) c tlotação com maior holdup ou Sb de ar através da adi-ção de bolhas de diâmetro menor às produzidas pelas células convencionais (Yoon, 1993; Rubio c outros, 2003; Rubio e outros, 2006; Matiolo e outros, 2004). Outra alternativa, ainda pouco estudada, é a flotaçào estagiada ou em multietapas (staged ou multifeedflotation) (Hu c outros, 1977; Firth c outros, 197X; Firth c outros, 1979, Ru-bio, 1988; Fuerstenau e outros, 1988; Fucrstcnau c outros, 2000).

A ftotação em etapas (multistagesflotation) tem por objctivo reduzir a concentração de reagentes, obter concentrados mais limpos e, principalmente, aumentar a recuperação das fraçõcs F-UF. Diversos autores (Hu e outros, 1977; Firth e outros, 1978; Firth c outros, 1979; Rubio, 198X; Fucrstcnau c outros, 198X; Fuerste-nau c outros, 2000), analisando o design de alguns circuitos de flotaçào de carvão, molibdcnita c sul fetos de

cobre e molibdênio, reportam os circuitos de ftotaçào estagiada. Segundo esses autores, vários fatores po-dem ser responsáveis pelo aumento da recuperação. A divisão da alimentação cm circuitos de tlotação

esta-giada, onde o concentrado de parte do circuito rougher seria misturado com alimentação nova ("fresca") em

um outro circuito rougher, reduzindo o consumo de reagentes c aumentando a recuperação de partículas fi-nas. A cinética de flotação pode ser aumentada devido ao aumento "artificial" do teor de partículas de maior

cinética de ftotação, onde as partículas hidrofóbicas (ou hidrofobizadas) podem agir como "sementes" (car-rier) para as partículas finas (de baixa cinética de flotação) da alimentação nova. Também, uma melhor dis-persão de reagentes pode ocorrer quando o concentrado c alimentação nova misturam-se, resultando cm uma melhor utilização de reagentes.

Resultados obtidos por Fuerstenau c outros (2000) mostram que para minerais hidrofóbicos como carvão e molibdenita os circuitos "abertos" com a alimentação dividida cm dois fluxos (ver Figura I) se obtém melhores teores que nos circuitos convencionais, com menor dosagem de reagentes (colctor c espumante). De acordo com

esses autores, estes resultados se explicam cm função das intcraçõcs entre a alimentação "fresca" c partículas já flotadas (com alta cinética de flotação). Nestes circuitos também ocorre um aumento "artificial" do teor de par-tículas de alta cinética de tlotação. Estas partículas têm a capacidade de "agregar" c transportar as partículas F-UF (principalmente as UF), que apresentam uma baixa velocidade de tlotação.

Firth c outros ( 197X) sugerem uma ftotação estagiada para um carvão australiano, na qual a adição de reagen-tes é feita em dois estágios, sendo que cm cada um se adiciona a metade da quantidade total de reagentes. De acor-do com os autores, a eficiência dessa ftotação estagiada é explicada pelo fato dessa !'lotação prever uma maneira

de racionar o coletor entre as frações finas e graúdas de uma forma mais eqüitativa,

já

que a fraca resposta

à

flotação de muitos carvões é causada principalmente pela distribuição de tamanho na alimentação.

Circuitos em eta as ( .. multlfeed clrcults")

(Circuito I)

(Circuito 1/)

(Circuito 2)

(Circuito 5)

Figura I. Representação csquemálica das configurações de diversos circuitos de flotação, convencional e em multietapas (Fuerstenau c oulros, 2000).

Este trabalho teve por objclivo

avaliar

o efeito da flotação com reciclo de concentrado (FRC). combinada com

a técnica de condicionamento cm alta intensidade (CAl) (Valderrama e Rubio, 1998) sobre a recuperação

meta-lúrgica e teor de um minério sulfetado de cobre.

2.

EXPERIM

ENTAL

2. I Materiais

Minério: Foi utilizada uma amostra de minério sulfetado de cobre e molibdênio da Mina de Chuquicamala, da

empresa Codelco do Chile, contendo 24% da massa e em torno de 40% do Ctl contido nas fraçõcs F-UF (< 35 J.lm).

A

Figura 2 mostra a distribuição granulométrica c de Cu na amostra utilizada nos estudos de Aotação.

Reagentes: Foram utilizados o SF 113 (Isopropil xantato de sódio) e SF 506 como coletores dos minerais

por-tadores de Cu. c DF 250 como espumante. O pH da polpa foi regulado com a adição de leite de cal.

100 1.1s . . M'atM mkll~ai(l'l(&lldl.., ....-c .. -=-.a.~a. .. _1,10

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Tabosa, Centeno, Testa & Rubio

2.2. Métodos

Ensaio Padrão (Standard- STD): Os ensaios foram realizados em uma máquina de !lotação Denver D-12 de

laboratório e em uma célula de flotação quadrada cm acrilico com capacidade de 3 litros, dotada de um raspador

manual de espuma. A polpa contendo 38% de sólidos em peso e com pH em 10,5 regulado com leite de caJ,

mo-nitorado com um medidor de pH marca "AnalionTM" modelo PM 608, foi condicionada com os colctores SF I

J

3

(30 g·r1

) c SF 506 (8·r1) e com

DF150

(25 g·r1) (adicionados nesta ordem) durante I minuto para difusão dos

rea-gentes a 1000 rpm na própria célula de flotação. Após o tempo de condicionamento. o ar foi injctado na célula

a wna vazão variável sendo controlada por um rotãmetro. Os ensaios tiveram duração de 9 minutos e foram coletados os concentrados nos minutos I, 2, 3, 5, e 9 de flotação, com raspagem da camada de espuma a cada

cinco segundos, mantendo-se o volume dentro da célula constante com injeção de água (pH I 0,5).

As amostras (concentrados e rejeito) foram pesadas em balança sem.i-analítica marca "Sartorius", filtradas

em um filtro a vácuo de laboratório marca Denver, secas em estufa por 24 horas a I 00° C, desagregadas,

homo-geneizadas e pesadas.

A análise de co'M)e foi feita por espectrometria de absorção atõmica em um equipamento modelo

"Spec-tr AA 11

O"

da Varian .

flotacão com reciclo de concentrado CFRC): Foi realizado um estudo nas condições padrão (STD), sendo que

o concentrado obtido no primeiro minuto de flotação (partículas de alta flotabilidade) foi coletado e feito o

descar-te do rejeito. O volume desse concentrado foi medido em proveta graduada para descontar do volume total de

pol-pa na segunda etapa. A segunda etapa incluiu um novo ensaio com a alimentação composta por urna nova

amos-tra, mais o concentrado do primeiro minuto obtido no STD (Etapa I), realizado previamente. A Figura 3 mostra o desenho esquemático do sistema montado para os estudos de flotação- ensaio padrão (Standard) e FRC.

Etapa 1 Etapa2

{a) (b}

Figura 3. (a) Desenho esquemático do sistema utilizado oo ensaio padrão (STD- Standard) e

(b) flotação com reciclo de concentrado (FRC) nos estudos de com minério sulfetado de cobre.

Flotaçào com condicionamento em alta intensidade (CAO: Os estudos de flotação com CAl seguiram o

pro-cedimento dos estudos STD, onde a etapa de condicionamento da polpa com os reagentes foi substituída por uma

etapa de condicionamento em alta turbulência. A agitação foi realizada na máquina de tlotação DENVER D 12, da

qual foi retirado o estator c o rotor substituído por uma hélice tipo Rushton. Este tipo de impelidor possui um

dis-co central dis-com pás verticais montadas nas suas extremidades e gera um fluxo predominantemente radial que

pode ser utilizado em sistemas que requerem elevados níveis de turbulência c cisalhamento.

Esse regime de condicionamento em alta intensidade foi obtido com a introdução de quatro dcfletores

(ba-ffies) na célula de flotação, com velocidade de rotação de 1400 rpm, por 3 min (transfuindo 2 kWb·m-3 _{de polpa),}

sem adição de ar e com uma concentração de sólidos de 50% p/p. Após a etapa CAI, os deftetores foram

removi-dos da célula e a polpa foi diluída até 38% de sólidos em peso.

A variável estudada, tempo de condicionamento. foi quantificada em termos de energia transferida à polpa.

Essa energia foi medida com um Watímetro pela metodologia descrita por Valderrama (1997).

Flotacão com reciclo de concentrado e com condicionamento em alta intensidade <FRC-CAJ): Os estudos de fiotação com reciclo do concentrado e com CAI (FRC-CAI) seguiram o procedimento detalhado anteriormente

nos estudos de flotação com CAl, sendo que o concentrado obtido no primeiro minuto de flotação (partículas de alta cinética de !'lotação) foi coletado, separado e feito o descarte do rejeito. O volume desse concentrado foi medido em proveta graduada para descontar do volume total de polpa na segunda etapa. A segunda etapa

incluiu um novo estudo CAl (Etapa 2) com a alimentação composta por uma nova amostra, mais o concentrado

do primeiro minuto obtido no CAI (Etapa I), realizado previamente.

3

.

RESULTADOS

E

DISCUSSÃO

A Figura 4 (a) mostra a recuperação metalúrgica de Cu cm função do tempo de flotação para os estudos STD, FRC, CAl e FRC-CAJ e a Figura 4 (b) mostra as respectivas curvas teor/recuperação de cobre.

Htl 22 111 _lll 60

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Tcn>IKI de ll<>taç.ilo, nlln K ocurnulada de Cu. 'li>

(a) (b)

Figura 4. (a) Estudos comparativos de !lotação STD, com condicionamento em alta intensidade c reciclo de concen-trado (FRC-CAI), CAl e FRC de sul feto de cobre: Resultados de recuperação metalúrgica de cobre em função do t em-po de flotaçào. (b) Estudos de flotação STD, com condicionamento em alta intensidade e reciclo de concentrado (FRC-CAI), CAl e FRC de sul feto de cobre: Curvas comparativas de teor/recuperação de cobre. Condições dos ensaios:

reagentes: [SF-113) = 30 g·t-1; [SF-506] = 8 g·t-J; [DF250] 25 g+ I; pH = I 0,5; 38 %sólidos p/p; agitador 1000 rpm {CAl c FRC-CAI: 1400 rpm por 3 minutos).

A Tabela T resume os resultados obtidos através da Rotação com reciclo de concentrado (FRC c FRC-CAI),

comparativamente com o ensaio STD c CAl. Além dos ganhos metalúrgicos observados (maior teor e

recupera-ção metalúrgica de Cu). são verificados aumentos 11a Rotação real (bolha-particula) (Warren, 1985) e na constan-te cinética, nominal, de flotação.

Tabela l. Estudos de flotação STD, FRC. CAI e FRC-CAI de sul fetos de cobre. Resultados metalúrgicos e cinéticas.

1,1 1.2 FRC 9,6 67,0 1,3 9,1 0,48 38,0 1,2 1,5 CAl 6,4 69,0 1,1 12,0 0,37 51,1 0,9 2,0 FRC-8,6 78,0 1,6 15,0 0,40 62,5 0,7 2:J CAl

A Figura

5

apresenta a recuperação de cobre por faixa granulométrica comparativa dos concentrados doses-tudos de Rotação STD, FRC, CAl e FRC-CAJ com minério sulfetado de cobre.

Nos estudos de flotação com reciclo de concentrado (FRC) ocorre um ganho na recuperação de cobre conti-do na fração intenncdiãria (15-35 J.Lm) e na fração mais fina(< 15 J.Lm), que, devido ao aumento "artificial" no

teor de particulas de alta cinética de notação, pode comprovar o efeito da ·flotação transportadora das part:fculas

intermediárias e finas.

Esses resultados mostram também que nos estudos de flotação com CAI ocorre um aumento na

recupe-ração de cobre na frecupe-ração mais grossa

(>

53 1-1m) e quando acompanhado ao reciclo de concentrado (FRC-CAI) esse acréscimo é acentuado também na fração intermediária ( 15-35 J.Lm). Esse aumento na recuperação da fração mais grossa pelo CAI pode ser explicado pelos mecanismos propostos que ocorrem nesse tipo de condicionamento turbulento e poderia comprovar o efeito de agregação entre particulas grossas e

intermedi-árias c finas e, quando ocorre o reciclo de concentrado (FRC-CAl), a recuperação de partículas interm

Tabosa, Centena, Testa & Rubio 100 90 'IJ? 80 :I

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Cll

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60 50 40 <IS IS 25 35 >53

Tamanho de parHcula, j.Ull

Figura 5. Recuperação de cobre por faixa granulométnca, nas frações >53, 35, 25, 15 e< 15 ~m. dos produtos

concentrados dos estudos de flotaçào STD, FRC, CAI e FRC-CAI com minério sulfetado de cobre. Condições dos en-saios: reagentes: [SF-113]

=

30 g·t-1; [SF-506] 8 g·t-1; [Df250] 25 g+ I; pH

=

I 0,5; 38% sólidos p/p; agitador

1000 rpm (CAl e FRC-CAI: 1400 rpm por 3 minutos).

4

.

CONCL

U

SÕES

Os resultados

obtidos

neste estudo permitem

es

t

abelecer as

seguin

t

es conclusões:

I

.

O reciclo de concentrados de Aotação p

r

imária

,

à

a

l

imentação

,

mostrou

ser

uma

alternativa

de

grande

potencial

,

para

o

aumento do

s

parâmetros de

separação,

recuperação metalúrgica

,

teor

e cinética de

par-tículas portado

r

as de

cob

r

e;

2.

O uso do

condicionamento cm

alta intensidade como etapa pré-flotação nos

estudos de

flotação de

sul

fetos de

cob

r

e possibilitou um aumento na recuperação metalúrgica de

cobre,

na flotação real,

na

cinética de flotação

c

n

o teor de cobre no conce

n

trado de flotação. Esses ganhos

são

exp

l

icados pelo

resu

l

tado da agregação hidrofóbica

entre as

partículas finas e as partículas

com alta velocidade

de

flora-ção, seguida por

um fenômeno

de

flotação

autorransportadora,

devido

o

aumento de

energia

fornecida à

p

o

l

pa;

3.

Os melhores resultados fo

r

am obtidos com

a notação

com

reciclo do

concen

t

rado

com

condic

i

ona-mento em alta intens

i

dade. Nestes es

t

udos foram obtidos ganhos de 17

%na

recuperação metalúrgica

de co

br

e c

3,6

%

n

o

teo

r

de

cobre, sendo

que a cinét

i

ca do processo também foi

2,4 vezes maior,

quan-do

comparado com os estudos

de Aotação

p

adrão (Standard).

Estes resultados também foram

acompa-nhados por um aumento de

32,5 %

na recuperação real

e

uma diminuição de 2,4

vezes

no grau de a

r-r

aste hidrodinâmico das partículas

su

l

fetadas de

cobre. Esses

resu

l

tados

são

exp

l

icados pelos mecanis

-mos propostos que

ocorrem

no

condicionamento

em

alta intensidade

(CAf),

que

têm relação

com o fe

-nômeno de

agregação

de partlculas,

sendo

otimizados

com o

recic

l

o do

co

n

ce

n

t

r

ado, q

u

e

aumenta

"ar-tificia

l

mente" o

t

eor, resultando

assim cm

um

aumento

da probabilidade de

co

l

isões entre

as

partículas

hidrofóbicas ("sementes"'

ou "carrier");

4.

A

aná

li

se de recuperação de

co

b

re por fa

i

xa

t:,l'fan

u

lométrica mostra que pa

r

a os est

u

dos de flotação

com reciclo de concentrado

(FRC)

de

sul

fetos de

cobre ocorre

um

ganho

na

r

ecuperação

de

cobre

con-tido na fração intermediária

(

1

5-35

~m)

e

na

fração mais

fina(

<

15 '-'m)

,

que pode

comprovar o efeito

da

tl

otação transpo

r

tadora das par

t

ículas in

t

ermed

i

árias e finas via agregação às

"sementes"

(carrier);

5. Nos estudos

de Aotação de

sulfetos

de

cobre. foi verificado

também que

o

teor de

cobre

no

concentra-do

é

afctado de forma distinta pelo reciclo de

concen

t

rado. Quando o recic

l

o ocorre na flotaçào padrão

(STD)

há

u

ma pequena

r

edução

n

o teor de

cobre,

já

na

!l

otação com

recic

l

o de

concentrado com

condi-cionamento cm

a

l

ta

intensidade

o teor de cobre aumenta. Ta

l

fato comprova a eficiência (inclu

í

da a

sc

-letividade) da flotação com reciclo de

concentrado como

forma de otimiza

r

o condicionamento com

alta intensidade, aumentando

a "freqUência"

de

colisões entre as

partículas hidrofóbicas

c

as

"semen-tes" (ou "carrier").

S. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem

à

Codelco-Chile e a todas as instituições que apóiam a pesquisa no Brasil. Agradeci-mentos especiais a todos os colegas do LTM-30 anos de excelência universitária pública.

6. REFERÊNCIAS

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