SEPARAÇÃO DO CONTAMINANTE CaMg(CO
3)
2DO CONCENTRADO
FINAL DE Zn DA UNIDADE VAZANTE – VOTORANTIM METAIS
BECHIR, J.L.C.1, METSAVAHT, V.2, LEMOS, M.G.3, MARTINS, E.L.C.4, SOUZA, A.D.5, LOPES, L.M.C.6, OLIVEIRA, C.A.M.7, MELO, J.M.C.8
1Votorantim Metais Zinco, e-mail: jorge.bechir@vmetais.com.br 2Votorantim Metais Zinco, e-mail: valerio.metsavaht@vmetais.com.br 3Votorantim Metais Zinco, e-mail: mariana.lemos.ml1@vmetais.com.br
4Votorantim Metais Zinco, e-mail: eder.martins@vmetais.com.br 5Votorantim Metais Zinco, e-mail: adelson.souza@vmetais.com.br 6Votorantim Metais Zinco, e-mail: lucas.lopes.ll1@vmetais.com.br 7Votorantim Metais Zinco, e-mail: carlos_antonio@vmetais.com.br 8Votorantim Metais Zinco, e-mail: jose.melo.jm2@vmetais.com.br
RESUMO
O teor médio de Zn da Mina de Vazante da Votorantim Metais apresenta patamares inferiores ao longo dos anos. Essa queda fez com que os teores de concentrado final da Usina se tornassem cada vez menores. Em consequência disso, houve uma elevação de participação de elementos contaminantes no concentrado final de Zn, produzido via flotação. Um desses contaminantes é o elemento Magnésio, que é
encontrado na forma de CaMg(CO3)2, proveniente da rocha dolomítica da Mina de
Vazante. O Mg presente no concentrado final de Zn precisa ser lixiviado antes de alimentar o processo de eletrólise na Unidade Três Marias da Votorantim Metais. Reatores conhecidos como autoclaves são responsáveis pela retirada de Mg do concentrado final de Zn. Quanto mais elevado o teor de Mg nesse concentrado final, maior é a dificuldade e o custo para retirá-lo através de lixiviação. O presente trabalho objetiva separar o concentrado final de Zn em duas frações: uma rica em Mg e outra pobre. Através de estudos de granuloquímica e caracterização mineralógica, via microscópio eletrônico acoplado ao software - automatizado MLA (Mineral Liberation Analyser), associados a DRX, foi detectado que a maior parte do Mg se encontra na fração fina (abaixo de 37 micrometros) do concentrado final com seus minerais parcialmente liberados. Após essa conclusão, a alternativa selecionada para realizar a separação do concentrado em duas espécies envolve a utilização de hidrociclones, que seriam utilizados antes do processo de lixiviação via autoclave. A fração do concentrado rica em Mg seria processada pela autoclave previamente preparada para tratar esse material. Já a fração pobre em Mg não apresentaria problemas em sua lixiviação no processo padrão da autoclave. Através desse processo, espera-se obter grande economia em consumo de óleo BPF, utilizado para gerar vapor em caldeiras que elevam a temperatura da autoclave.
PALAVRAS-CHAVE: Mg; dolomita; caracterização mineralógica; flotação; lixiviação; hidrociclones.
ABSTRACT
The average grade of Zn in Votorantim Metais Vazante mine has shown lower levels over the years. This reduction has significantly lowered the Zn grade of the froth flotation concentrate. As result, the concentration of contaminants is increased in the
Zn concentrate. One of these contaminants is the Mg, which is found in the form of
CaMg(CO3)2, due to dolomite rock from Vazante mine. The Mg in the Zn concentrate
needs to be leached before feeding the electrolysis process in Votorantim Metais Três Marias unit. Reactors known as autoclaves are responsible for removing Mg from the Zn concentrate. The higher the Mg content in the concentrate, the greater the difficulty and the cost to remove it through leaching in autoclaves. This paper aims to separate Zn concentrate into two fractions: one with high grade Mg and another with low grade Mg (<1,7%). Through studies of grain size and mineralogical characterization by electronic microscope coupled with MLA (Mineral Liberation Analyzer), it was discovered that most of the Mg is in the fine fraction (less than 0,037mm - # 400) of the Zn concentrate with high degree of liberation. After this finding, the alternative selected to achieve the separation of the Zn concentrate in two species involves the use of hydrocyclones, which would be used prior to the leaching process via autoclave. The rich fraction fraction of Mg would be processed by autoclave previously prepared to deal with this material. The poor fraction of Mg would not present problems in the leaching process in the autoclave. Through this process, great savings are expected in the consumption of fuel oil, used to generate steam in boilers that raise the temperature of the autoclave.
KEYWORDS: Mg; dolomite; mineralogical characterization; flotation; leaching; hydrocyclones.
1. INTRODUÇÃO
O teor de Zn da mina de Vazante vem apresentando patamares inferiores ao longo dos anos. A queda no teor da mina faz com que os teores de concentrado se tornem cada vez menores. Em consequência disso, houve uma elevação de participação de elementos contaminantes no produto final embarcado para Três Marias.
Um desses contaminantes é o elemento Magnésio que é encontrado na forma de
CaMg(CO3)2 (para simplificar o texto, CaMg(CO3)2 será tratado na forma simples de
MgO). O MgO presente no concentrado precisa ser lixiviado antes de alimentar o processo de eletrolise na unidade Três Marias da Votorantim. Reatores conhecidos como autoclaves são responsáveis pela retirada de MgO do concentrado de Zn. Quanto mais elevado o teor de Magnésio, maior é a dificuldade e o custo para retira- lo. As figuras 1 e 2 abaixo introduzem o problema de elevação de MgO no concentrado de Zn.
Figura 1. Histórico de teor de alimentação de Zn na usina entre 2009 e 2014.
Os teores de alimentação de Zn tiveram uma queda brusca a partir de 2012. Com isso, houve uma redução no teor de concentrado e uma elevação no teor de MgO (Gráfico 2).
Figura 2. Histórico dos teores de Zn e MgO no concentrado entre 2009 e 2014.
Através da figura 2, nota-se trivialmente que, a partir da queda do teor de Zn no ano de 2011, houve uma gradativa elevação de MgO no concentrado final.
Ano 2009 2010 2011 2012 2013 2014
Teor de Alimentação de Zn - Usina
18 16 14 12 10 8 6 1 192 384 576 768 960 1152 1344 1536 1728 1920 Valores de 2009 a 2014 Te o r d e Zn ( % )
Gráfico 1. Relação entre teor de Zn vs Teor de MgO no concentrado.
O gráfico 1 demonstra a forte correlação (R2 = 60,04%) inversamente proporcional
entre os teores de Zn e MgO no concentrado. Não é possível reduzir o teor de MgO através de elevação de teor de Zn, pois isso implicaria em perdas de recuperação do elemento.
Devido a impossibilidade de utilização o processo de flotação, esse estudo visa o emprego de hidrociclones para separar o concentrado de Zn em duas faixas com distintos teores de MgO. A faixa mais pobre em MgO poderia ser lixiviada nas autoclaves sem gastos excessivos em consumo de óleo BPF. Para lixiviar a fração de menor massa com MgO mais elevado, as autoclaves seriam condicionadas especialmente para esse fim, sem comprometer o consumo de óleo. Resumidamente, o objetivo dos testes é obter um underflow com o mínimo possível de MgO.
2. MATERIAIS E MÉTODOS
Todas as atividades exceto caracterização mineralógica foram realizadas no laboratório de processos da Votorantim Metais Unidade Vazante. Para realização do estudo, foram utilizados os seguintes equipamentos: filtro a vácuo, analisador químico (fluorescência de raios-X), balança analítica, estufa, MEV/EDS (microscópio eletrônico de varredura) com MLA (mineral liberation analyser), hidrociclones. O minério utilizado para o estudo em questão representa o concentrado de Zn da usina e foi proveniente do tanque pulmão que recebe o concentrado que passa pelo espessador.
Relação - Teor Zn vs MgO no Concentrado
6,00 5,50 5,00 4,50 4,00 3,50 3,00 2,50 2,00 36,00 37,00 38,00 39,00 40,00 41,00 42,00 43,00 44,00 45,00 Teor de Zn (%) R² = 0,6004 Te or de Mg O (% )
D is tr ibu iç ão d e M gO ( % )
Figura 3. Ponto de coleta das amostras.
Inicialmente, uma amostra foi coletada para caracterização mineralógica e química por fração granulométrica. Essa etapa objetivou determinar em qual faixa granulométrica se encontra a maior quantidade de MgO proveniente da dolomita.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os Gráficos 2 e 3 abaixo demonstram os resultados obtidos no estudo de identificação da granulometria em que a dolomita se encontra de forma predominante.
Gráfico 2. Quantidade de dolomita por faixa granulométrica.
90% 80% 70% 60% 50% 40% 30% 20% 10% 0% 4,88% 14,75% 1,84% 78,52% 100# 270# 400 # <400 #
Percebe-se que tanto o mineral dolomita quanto o MgO aparecem em maior quantidade nas frações mais finas, especificamente abaixo de 0,037mm. Esse resultado era esperado já que a dolomita apresenta dureza muito inferior a Willemita e, portanto, sofre o efeito de sobremoagem no processo gerando essa fração mais fina rica em MgO. Após determinação do comportamento do MgO nas variadas faixas granulométricas, o método de separação via ciclonagem foi selecionado para estudo.
Para os testes, foram coletadas três diferentes amostras no tanque pulmão. A primeira apresentou teor de 43% de Zn (teste exploratório), a segunda apresentou teor de 39% de Zn e a terceira, 41% de Zn. Cada amostragem foi feita em dias diferentes durante três horas com incrementos de 15 minutos. Os resultados dessa etapa serão mostrados no capitulo 3.0 Resultados e Discussão.
Para realização dos trabalhos de ciclonagem, foi definida a abertura do Apex e a porcentagem de sólidos na alimentação do hidrociclone buscando atingir o menor teor de MgO no underflow. As atividades consistiram em um teste exploratório e testes detalhados.
Teste Exploratório: Um teste exploratório baseado no conhecimento prévio do comportamento do concentrado de Vazante quando submetido a ciclonagem foi realizado sob as seguintes condições:
Apex: 5 mm
Vortex: 7 mm
% de Sólidos 45,94%
Os resultados obtidos através da ciclonagem estão apresentados na figura abaixo.
Como pode ser notado, a maior fração de MgO claramente se dirige ao overflow do hidrociclone gerando uma distribuição de MgO de 62,3% e uma elevação do teor de MgO nesse produto. Consequentemente, o teor de MgO no underflow cai drasticamente demonstrando que a ciclonagem é uma ótima alternativa para separar o concentrado de Zn em duas frações distintas de MgO.
Testes Detalhados: Os testes de ciclonagem detalhados consistiram em variar a porcentagem de sólidos de alimentação do hidrociclone em busca de obter a maior quantidade de MgO no overflow. As condições de Apex e Vortex foram mantidas como no teste anterior.
Tabela 1. Resultados obtidos Ciclonagem.
Resultados Obtidos Teste amostra 39% de Zn Testes amostra 41% de Zn
25% S 35% S 45% S 25% S 35% S 45% S Zn Teor de Zn - Alimentação (%) 39,20 39,40 39,10 41,20 40,90 41,12 Teor de Zn - Overflow (%) 22,27 20,37 21,47 25,09 25,80 26,58 Teor de Zn - Underflow (%) 43,15 46,97 45,62 44,74 44,69 46,78 MgO
Teor de MgO - Alimentação (%) 3,91 3,92 3,88 3,60 3,55 3,63
Teor de MgO - Overflow (%) 7,75 8,46 8,01 9,28 8,47 7,88
Teor de MgO - Underflow (%) 3,01 2,11 2,35 2,35 2,31 1,97
Distribuição de MgO Overflow (%) 37,47 61,40 55,74 46,49 47,89 60,84
Distribuição de MgO Underflow (%) 62,53 28,45 27,00 18,03 20,07 28,03
Distribuição de massas Overflow (%) 18,90 28,45 27,00 18,03 20,07 28,03
Distribuição de massas
Underflow(%) 81,10 71,55 73,00 81,97 79,93 71,97
Através da tabela acima, percebe-se que os teores de MgO mais baixos ocorreram para os testes 35% e 45% de sólidos na alimentação. Essa elevada recuperação de MgO no overflow reduziu muito seu teor no underflow, favorecendo o objetivo do projeto. Em busca de definir a melhor porcentagem de sólidos entre 35% e 45% de sólidos, foi feito um último ensaio de ciclonagem com alimentação de 40% de sólidos.
Tabela 2. Resultados obtidos - Ciclonagem a 40% de sólidos – Amostra de 41% de Zn.
Teste Final MgO Teor de MgO - Alimentação (%) Teor de MgO - Overflow (%) Teor de MgO - Underflow (%) Distribuição de MgO Overflow (%) Distribuição de MgO Underflow (%) Distribuição de massas Overflow (%) Distribuição de massas Underflow (%) 40% Sólidos 3,09 7,82 1,67 58,50 41,50 23,14 76,86
A ciclonagem com 40% de sólidos apresentou o melhor resultado com teor de MgO no Underflow de 1,67% e distribuição de 58,50% de Zn no overflow.
4. CONCLUSÕES
apresentou excelentes resultados. Através de caracterização mineralógica e química por fração, foi detectado que a maior parte do MgO está localizada na fração fina (abaixo de 0,037 mm). Devido a isso, foi possível gerar uma fração fina do concentrado rica em MgO (overflow do ciclone) e outra fração mais grossa pobre em MgO (underflow do ciclone). A fração pobre em MgO pode ser processada na autoclave sem apresentar problemas de elevação de consumo de óleo BPF em Três Marias. Já a fração rica, seria tratada nas autoclaves de forma diferenciada para gerar o mínimo impacto possível ao processo.
5. REFERÊNCIAS
MARTINS, L. Produção de concentrado de zinco a partir de minério silicatado com redução no teor de carbonatos. Tese de Doutorado. CPGEM, UFMG, 2011.
Votorantim Metais, 2014. Caracterização Tecnológica em Amostras de Minério de Silicatado de Zn. Relatório Interno.
Votorantim Metais, 2014. Relatório de dados – Trabalhos de ciclonagem e
