Caracterização Tecnológica de Rejeitos/Resíduos Sólidos de Mineração

(1)

Caracterização Tecnológica de

Rejeitos/Resíduos Sólidos de Mineração

Prof

a

. Rosa Malena Fernandes Lima

PPGEM/DEMIN/EM/UFOP

(2)

PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA

MINERAL – PPGEM/DEMIN/EM/UFOP

http://www

. ppgem.ufop.br



Data da recomendação mestrado: 03/11/1997

•Início: 01/01/1998



Data da recomendação doutorado: 12/2014

•Início: 17/08/2015



Bolsas mestrado: CAPES: 13; CNPq: 3; FAPEMIG: 3



Bolsas de doutorado: CAPES: 3*; Fapemig: 2



Projetos de pesquisa:

• Órgãos de fomento oficiais : Fapemig, CNPq, Capes e Finep

• Empresas do setor mineral: Vale/ITV; Votorantim Metais



Número de alunos: Mestrado: 58; Doutorado: 12

(3)



LINHAS DE PESQUISA



Lavra de Minas



1. Lavra a céu-aberto e Subterrânea: Operações mineiras

(carregamento, desmonte, etc.), operações complementares

(drenagem, ventilação, iluminação, etc.).

2. Geomecânica

e

Geotecnia:

Análise

dos

parâmetros

geomecânicos de solos, rochas e maciços rochosos, dimensionamento

e sustentação de escavações a céu-aberto e subterrâneas. Modelagem

matemática de estruturas em rochas e solos.

3. Planejamento de Lavra: Otimização da cava e dimensionamento

de frota; Geoestatística; Pesquisa Operacional e Análise Econômica de

Empreendimentos.

4. Fechamento de Mina: Estabilidade em longo prazo das estruturas

remanescentes da mina; DAM; Legislação minerária.

(4)



Tratamento de Minérios

1. Caracterização tecnológica de minérios e resíduos: Estudo das

características mineralógicas e texturais, granulométricas e químicas de

minérios e resíduos da indústria mineral, além de ensaios específicos para

aplicação industrial.

2. Métodos de concentração, aglomeração de minérios e

separação sólido-líquido: Métodos de concentração de minérios e

resíduos; operações de espessamento de concentrados e rejeitos,

filtragem e secagem de concentrados (Separação Sólido-Líquido);

operações de sinterização, pelotização e briquetagem de finos de minérios

(Aglomeração de Finos).

3. Operações complementares:

Engloba as áreas de cominuição

(britagem, moagem), classificação de minérios, peneiramento e manuseio

de particulados.

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

Lavra de Minas

1. Adilson Curi

2. Christianne de Lyra Nogueira

3. Hernani Mota de Lima

4. Ivo Eyer Cabral

5. Jose Margarida da Silva

6. Milene Sabino Lana

7. Waldyr Lopes de Oliveira Filho



Tratamento de Minérios

1. Carlos Alberto Pereira

2. Erica Linhares Reis

3. José Aurélio Medeiros da Luz

4. Rosa Malena Fernandes Lima

5. Otávia Martins

(6)

LABORATÓRIOS

 Lavra de Minas

1. Planejamento de Lavra – Prof. Milton Brigolini Neme

2. Mecânica das Rochas – Prof

a

_{. Christianne de Lira Nogueira}

3. Mecânica dos Solos – Prof. Waldyr Lopes de Oliveira Filho

 Tratamento de Minérios

1. Tratamento de Minérios - Prof

a

_{. Otávia Martins}

2. Propriedades Interfaciais – Prof

a

_{. Rosa Malena Fernandes Lima}

3. Microscopia Ótica e Difração de Raios X – Prof

a

_{. Rosa Malena}

Fernandes Lima

4. Espectroscopia Infravermelha/ Análise Termogravimétrica –

Prof

a

_{. Rosa Malena Fernandes Lima}

5. Reologia de Polpa – Prof. José Aurélio Mediros da Luz

6. Análises Químicas – Prof

a

_{. Érica Linhares Reis}

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Caracterização tecnológica de minérios/rejeitos:

 Caracterização mineralógica: DRX,MO,

MEV/EDS, IR, TG

 Caracterização física: Análise granulométrica,

densidade, área superficial, porosidade

 Caracterização química: FRX, ICP/OES

 Ensaios tecnológicos específicos

(8)

(9)

Uso Teor (%) SiO₂ Al₂O₃ Fe₂O₃ Outros (%) V I D R O

Vasilhame 92,76 3,779 0,127 TiO₂– 0,034; CaO – 0,06; MgO - 0.017; K₂O – 2,734; Na₂O – 0,114; PPC – 0,373 Rec. plano (99.5%> 200#) 99,5 (min.) 0,30 (max.) 0,04 (max.) TiO₂– 0,030 ; Cr₂O₃ – 2 ppm MnO₂– 0,002ppm; H_u– 0.05 (max. p/ todos) Cristal (95%>150#) 98,5 (min.) 0,5 (max.) 0,035 (max.)

CaO + MgO – 0,2 ; TiO₂– 0,03; ZrO₂-0,01; H_u – 0,1; Cr₂O₃- 0,001 (max. para todos)

Fibra ótica (95% <325#) 99,0 (min.) 0,30 (max.) 0,50 (max.) Na₂O – 0,1; K₂O – 0,1, H_u – 0,5 (max. para todos)

Fundição (20 to 200#)

88 -99 - - Umidade e argila total – 0,1 (max.)

Construção civil 80 Areia grossa (2,4 a 4,8 mm) ; areia média (0,6 a 2,4 mm); areia fina (0,15 a 0,6 mm)

(10)

1 10 100 10 100 1000 10000 Size (micrometer) C um ul a ti v e un de rs iz e ( % ) Quartzo (85%) Sericita (5%) Cianita (10%)

Distribuição granulométrica da areia de quartzito

(11)

Tamanho (µm) Peso (%) Propriedades Físicas Óxidos (%) H_u PPC Al₂O₃ CaO Fe₂O₃ K₂O _Li 2O MgO MnO 2800 6.7 0.19 1.21 5.1 0.02 1.28 0.24 <0.01 0.01 <0.01 589 7.4 0.13 0.84 5.8 0.03 0.45 0.18 <0.01 0.01 <0.01 417 11.8 0.10 1.04 3.33 0.01 0.08 0.06 <0.01 0.01 <0.01 295 19.3 0.17 1.09 2.73 0.01 0.09 0.05 <0.01 <0.01 <0.01 208 19.4 0.15 0.80 2.33 0.01 0.13 0.05 <0.01 0.02 <0.01 147 19.1 0.14 0.50 3.20 0.01 0.15 0.08 <0.01 0.01 <0.01 104 7.7 0.08 0.95 5.80 0.01 0.22 0.21 <0.01 0.01 <0.01 74 4.0 0.22 2.31 13.80 0.05 0.75 0.96 <0.01 0.04 0.02 38 3.6 0.26 2.51 18.19 0.15 1.32 1.37 <0.01 0.06 0.04 -38 1.0 0.65 3.68 29.03 0.08 2.69 1.35 <0.01 0.08 0.07 Total 100.0 0.15 1,02 4,70 0.02 0.32 0,19 <0.01 0.02 0.01

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Tamanho (µm) Peso (%) Óxidos (%) Elementos (ppm) Na₂O SiO₂ TiO₂ Co Cr Pb Zn 2800 6.7 0.06 89.01 0.23 232.56 23.31 10.13 58.44 589 7.4 0.07 87.60 0.18 186.39 16.78 8.51 46.34 417 11.8 0.02 93.07 0.09 157.6 6.9 <6.3 20.3 295 19.3 0.02 94.40 0.09 226.8 7.6 <3.4 23.8 208 19.4 0.02 94.23 0.10 205.1 6.5 <9.0 22.8 147 19.1 0.02 92.27 0.14 210.2 10.1 <8.2 27.4 104 7.7 0.05 87.77 0.30 181.2 21.3 <13.2 60.3 74 4.0 0.021 73.87 0.80 73.1 57.1 30.2 166.6 38 3.6 0.33 68.71 0.40 40.31 34.98 14.94 40.46 -38 1.0 0.37 50.36 2.75 56.8 81.4 79.5 717.4 Total 100.0 0.04 90.24 0.20 190.58 14.27 9.58 43.93

Tabela 2 – Análise granuloquímica da areia de quartzito (cont.)

Recuperação em massa (%)

Teores da areia purificada (%)

SiO₂ Al₂O₃ F₂O₃ Cr* Co* TiO₂

94.7 94.9 3.37 1.30 23.62 72 0.03

(13)

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Usos Granul. (µm) Comp. Química (%) Alvura GE*

Mineralogia Propriedades Outros

Tintas (espalhador) 100% < 74 96,5% < 43 SiO₂+MgO≥75 Al₂O₃≤H₂O H₂O+M.Vol.≤1 P.P.C.≤7 65-90 Partículas lamelares Inércia química, hidrofobicidade, alvura Peso específico 2,8 a 2,9

Inseticida 90% < 43 pH – 8 - - Inércia química Adsorção

Papel (carga) 95%<38 - 58-78 - Inércia química, alvura -Sabão 2ª linha 99%<-53 Al₂O₃ = 5; MgO≥30,6; SiO₂ = 54; Fe₂O₃ = 0,8; CaO = 0,1% Talco escuro - Inércia química, alvura Umidade < 1%. Perda ao fogo 3% Plástico (carga e reforço) 100%<74 - ≥77 Talco ou pirofilita Inércia química, alvura Isento de umidade

Tabela 4 – Especificações de talco para alguns usos industriais

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Tabela 5 – Análise granuloquímica do resíduo de pedra sabão F.G. # Peso (%) Teor (%)

Al₂O₃ CaO Fe₂O₃ MgO TiO₂ SiO₂ PPC +14 14,0 2,35 0,0485 5,20 27,9 0,0579 58,5 5,96 +28 10,4 2,42 0,0458 5,31 28,2 0,0669 58,0 5,93 +65 13,2 2,93 0,0704 5,70 27,6 0,0714 57,6 5,96 +200 11,8 2,25 0,0939 5,46 27,3 0,0650 59,0 5,87 +270 6,90 1,80 0,0953 4,73 27,8 0,0568 59,9 5,69 +325 7,60 1,92 0,0625 4,47 28,3 0,0510 59,7 5,54 +400 8,80 2,57 0,0739 4,76 27,2 0,0504 59,4 5,94 -400 27,3 2,11 0,0744 4,51 28,0 0,0529 59,5 5,79 Global 100,0 2,31 0,0707 4,96 27,8 0,0588 58,9 5,85

(16)

3 5 7 63,3 _61,47 61,98 64,66 65,15 65,58 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3

Fração > 200#

Corrente (A) Não Magnético (%) Alvura (ISO)

3 5 7 92,3 91,19 97,06 53,22 54,33 54,83 0 20 40 60 80 100 120 1 2 3

Fração < 200#

Corrente (A) Não mag. (%) Alvura (ISO)

Recuperação em massa e alvura da amostra de resíduo de pedra-sabão purificada por separação.

(17)

Teor (ppm)

Constituinte Alimentação Rougher 2º Cleaner

As 11,1 - -Cu 13,4 3,45 0,926 Ni 1956 2096 2126 Pb - - 8,80 Zn 85,8 67,0 64,4 Teor (%) Al₂O₃ 2,27 1,21 0,767 CaO 0,0580 0,0260 0,0180 Fe₂O₃ 4,70 4,00 3,57 MgO 27,7 28,3 27,7 TiO₂ 0,0513 0,0383 0,0304 PPC 5,98 5,27 5,20 SiO₂ 59,2 61,1 62,7 Recuperação em Massa (%) 100 85,65 64,08 Alvura (ISO) 51,30 63,50 68,56

Tabela 3: Composição química da amostra de pedra sabão abaixo de 74µm in

natura e dos produtos purificados por flotação na condição otimizada

(18)

Fluxograma de planta de lavagem de minério de manganês de Morro da Mina (Reis, 2005).

(19)

Tabela 3 – Análise granuloquímica do rejeito de minério de Mn Fração granul. (µm) Peso (%) Teor (%) Mn Fe SiO₂ Al₂O₃ P Ca Mg Ba Ti +420 2,4 26,23 3,77 30,90 6,56 0,07 1,89 1,30 0,12 0,20 -420 +297 1,5 21,64 3,84 39,03 6,52 0,07 1,62 1,32 0,13 0,21 -297 +210 3,4 21,74 3,57 38,38 6,83 0,07 1,61 1,38 0,14 0,22 -210 +149 6,8 23,44 3,38 35,39 7,36 0,06 1,65 1,46 0,13 0,21 -149 +105 14,8 26,11 3,11 30,49 7,38 0,06 1,77 1,51 0,11 0,20 -105 +74 17,5 29,66 2,96 25,94 7,25 0,07 1,95 1,53 0,08 0,19 -74 +53 17,4 29,15 3,01 23,96 6,92 0,07 2,03 1,61 0,08 0,20 -53 +37 19,0 29,52 3,09 23,33 6,30 0,10 2,12 1,77 0,08 0,24 -37 17,2 26,85 4,06 23,39 6,84 0,13 2,01 1,68 0,09 0,36 Total 100.0 _27,63 _3,32 _26,72 6,56 0,08 1,94 1,59 0,09 0,09

(20)

Mineral Fórmula química Peso (%) Espessartita (Mn-33.3%) Mn₃Al₂(SiO₄)₃ 20.0 Tefroíta (Mn-54.5%) Mn₂(SiO₄) 15.0 Carbonatos: dolomita, magnesita, huntita e rodocrosita (Mn-47.8 %) (Ca, Mg)CO₃; MgCO₃; CaMg₃(CO₃)₄

e MnCO₃ 29.0 Rodonita (Mn-41.9%) (Mn,Fe, Mg, Ca)₅(SiO₃)₅ 5.0 Micáceos: muscovita; biotita/flogopita

KAl₂(Si₃Al)O₁₀(OH,F)

2; K(Mg,Fe)₃[AlSi₃O₁₀( OH,F)₂] 6.0 Quartzo SiO₂ 4.0 K-Feldspato KAlSi₃O₈ 5.0 Opacos e outros:

magnetita, rutilo, ilmenita, pirita/pirrotita,esfalerita, pentlandita, monazita e zircão Fe₃O₄, TiO₂, FeTiO₃, FeS₂, (Zn,Fe)S, (Fe,Ni)S₈, (Ce,La)PO₄.(H₂O) e ZrSiO 16.0 Tabela 4- Composição mineralógica dos finos do minério sílico-carbonatado de

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Tabela 4 - Especificações de minério de manganês para

indústria siderúrgica (Mendes e Oliveira, 1982)

Elementos

Minérios de manganês

Teor %

Alto teor de Mn Médio Teor de Mn Baixo Teor de Mn

Mn

46 – 48 mín

40 mín

35 mín

Fe

8 máx

6 máx

10 máx

SiO

2

+ Al

2

O

3

12 máx

15 máx

20 máx

P

0,18 máx

0,30 máx

---

Cu + Pb + Zn

0,1 máx

0,25 máx

---

 Especificações químicas de minério de manganês para liga

Fe-Si-Mn (Dmitrieve et al., 2003): Mn = 30 a 32%; Si = 28 a

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Método Teores (%) Rec. Mn (%) Referência Mn SiO₂ Concentração gravítica: 1 - Espiral de Humphrey 2 - Mesa vibratória 31,6 31,5 23,6 25,9 56,6 59

Reis (2005), Reis e Lima (2007)

Reis (2005) e Reis e Lima (2005)

Flotação :

1 - Oleato de sódio/metassilicato de sódio

2 - Sabão de óleo de arroz/metassilicato de sódio

3 - Oleato de sódio/fluorsilicato de sódio

4 – Oleato de sódio/Floatam T1 5 - Oleato de sódio/Floatam M3 30 29 29,9 30,4 30,3 24 24 17,8 19,1 17,4 62,6 63,6 45,3 55,0 72,5

Silva (2007), Lima et al., . (2008)

Andrade (2010)

(23)

Tabela 6 – Análise granuloquímica do rejeito calcinado

(24)

Bibliografia

Dimitriev, A. N.; Solomakhin, A.V; Kashin, V. V.; Vershkin, V. V., 2003. Making sinter from concentrate of low-grade manganese ore for use in production of ferrosilicomanganese. In: The Russian Academy of Natural Sciences. Metallurgist. 47, 3 – 4.

Moraes, R. M. M. 2007. Purificação de areias provenientes de resíduos de pedreira de quartzito por flotação. Dissertação de mestrado do PPGEM/EM/UFOP. 176p.

Pereira, M. J. 2012. Calcinação e sinterização de finos de minério de manganês sílico-carbonatad de Morro da Mina. Dissertação de mestrado do PPGEM/EM/UFOP. 166p.

Reis, E. L. Caracterização de resíduos provenientes da planta de beneficiamento de minério de manganês sílico-carbonatado da RDM – Unidade Morro da Mina. Dissertação de mestrado do PPGEM/EM/UFOP. 2005. 124p.

Resolução CEPE 5686 (anexo I: regulamento) (http://www.ppgem.ufop.br).

Rodrigues, M. L.M. 2010. Caracterização tecnológica de resíduos de pedra-sabão de oficinas de artesanato em pedra-sabão da região de Ouro Preto. Ouro Preto: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral, Universidade Federal de Ouro Preto.