CONCENTRAÇÃO DE MINÉRIO DE MANGANÊS POR FLOTAÇÃO

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TRABALHO DE CONCLUSÃO DE CURSO

EDUARDO FELIPE MARTINS SILVA

CONCENTRAÇÃO DE MINÉRIO DE MANGANÊS POR FLOTAÇÃO

CATALÃO 2021

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CONCENTRAÇÃO DE MINÉRIO DE MANGANÊS POR FLOTAÇÃO

Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao curso de Engenharia de Minas da Universidade Federal de Catalão - UFCAT, como requisito parcial para obtenção do título de bacharel em Engenharia de Minas.

Orientador: Professor Dr. André Carlos Silva

CATALÃO 2021

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Ficha de identificação da obra elaborada pelo autor, através do Programa de Geração Automática do Sistema de Bibliotecas da UFG.

Silva, Eduardo Felipe Martins

Concentração de minério de manganês por flotação [manuscrito] / Eduardo Felipe Martins Silva. - 2021.

44 f.: il.

Orientador: Prof. Dr. André Carlos Silva.

Trabalho de Conclusão de Curso (Graduação) - Universidade Federal de Goiás, Faculdade de Engenharia, Engenharia de Minas, Catalão, 2021.

Bibliografia.

1. Mineração. 2. Flotação. 3. Manganês. 4. Flotação de Manganês. 5.

Beneficiamento de Manganês. I. Silva, André Carlos, orient. II. Título.

CDU 622

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Aos meus pais, João e Rose, toda minha família, meus amigos e a todos que sempre estiveram ao meu lado, me apoiando para que eu chegasse até aqui.

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Agradeço a todos que conheci ao longo do curso e que me apoiaram em meu caminho.

Agradeço a todos os professores com quem tive a chance de conviver, que desde sempre me ofereceram a oportunidade de continuar aprendendo e iluminaram o caminho pelo qual eu deveria seguir.

Agradeço a todos os amigos e a minha família, por terem sempre me incentivado e acreditado que eu alcançaria as conquistas que almejei.

Agradeço aos meus pais, por estarem sempre ao meu lado, por me apoiarem e oferecerem toda a força, suporte e incentivo para continuar.

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O manganês é um mineral essencial para a sociedade, se caracterizando como um dos metais mais usados no mundo e desempenhando sua principal função na fabricação do aço, porém, as técnicas mais consolidadas para o seu beneficiamento envolvem métodos de concentração que oferecem melhor resposta para minérios de teores mais altos, para os quais o beneficiamento exige uma menor complexidade, desse modo, o presente trabalho teve como proposta a avaliação do emprego de diferentes coletores e do amido de milho como depressor para aplicação na flotação de manganês. O material disponibilizado para estudo caracterizou-se como minério de manganês, sendo o mineral de interesse a spessartina e o principal contaminante o quartzo. O material foi submetido à análise química, que revelou um teor de cerca de 27% de manganês. Após a caracterização inicial, o material passou por etapas de britagem, moagem e classificação, de modo a ser preparado para os ensaios de flotação. Nos ensaios foram avaliadas três dosagens para dois coletores diferentes, sendo o Flotigam 7100 para flotação reversa e o Flotinor 1682 para flotação direta, além disso, o amido de milho foi avaliado como depressor para a flotação do material, com a análise do desempenho para três dosagens diferentes. Observou-se que o coletor usado para flotação reversa gerou uma espuma mais consistente e mineralizada que o coletor de flotação direta, além de alcançar maiores valores de recuperação mássica, e que o depressor não provocou mudança significativa nesses resultados.

Palavras-chave: Mineração. Flotação. Manganês. Flotação de manganês.

Beneficiamento de manganês.

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Manganese is an essential mineral for society, characterizing itself as one of the most used metals in the world and playing its main role in steel manufacturing, however, the most consolidated techniques for its processing involve concentration methods that offer a better response for ores of higher contents, for which the processing requires less complexity, thus, the present work had as proposal the evaluation of the use of different collectors and of corn starch as a depressant for application in the manganese flotation. The material that was made available for study was characterized as manganese ore, with the mineral of interest being the spessartine and the main contaminant being quartz. The material was subjected to chemical analysis, which revealed a content of approximately 27% of manganese.

After initial characterization, the material went through crushing, grinding and classification stages, in order to be prepared for flotation tests. In the tests, three dosages were evaluated for two different collectors, Flotigam 7100 for reverse flotation and Flotinor 1682 for direct flotation. In addition, corn starch was evaluated as a depressant for the flotation of the material, with the analysis of performance for three different dosages. It was observed that the collector used for reverse flotation generated a more consistent and mineralized foam than the direct flotation collector, in addition to reaching higher values of mass recovery, and that the depressant did not significantly change these results.

Keywords: Mining. Flotation. Manganese. Manganese flotation. Manganese beneficiation.

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Figura 2 - Valores totais de comercialização em exportações de minério de manganês ao ano16

Figura 3 - Britador de mandíbulas em escala de laboratório ...21

Figura 4 - Moinho de bolas ...22

Figura 5 - Conjunto de peneiras de granulometria para peneiramento vibratório ...23

Figura 6 - Quarteador tipo Jones ...23

Figura 7 - Célula de flotação em bancada ...24

Figura 8 - Fases minerais do material ...27

Figura 9 - Análise química da alimentação...28

Figura 10 - Análise granuloquímica ...29

Figura 11 - Análise granulométrica do material britado ...29

Figura 12 - Relação passante/retido na classificação preliminar para cada tempo de moagem 30 Figura 13 - Curvas de moabilidade do material ...31

Figura 14 - Resultado da etapa de britagem...31

Figura 15 - Resultado da etapa de moagem ...32

Figura 16 – Comparação dos resultados da classificação primária ...32

Figura 17 - Material seco após a classificação secundária ...32

Figura 18 - Teste inicial de flotação ...33

Figura 19 - Teste de flotação com dosagem de 50 g/t de coletor ...34

Figura 20 - Teste de flotação com 25% de sólidos ...34

Figura 21 - Ensaio de flotação reversa com dosagem de 150 g/t de coletor ...35

Figura 24 - Divisão de massas entre flotado e afundado e recuperação mássica para a flotação reversa ...37

Figura 25 - Espuma formada por bolhas pequenas ...37

Figura 26 - Ensaio de flotação direta com dosagem de 150 g/t de coletor ...38

Figura 29 - Divisão de massas entre flotado e afundado e recuperação mássica para a flotação direta ...39

Figura 30 - Comparativo da atuação do depressor para cada dosagem do coletor para flotação reversa (Flotigam 7100) ...40

Figura 31 - Comparativo da atuação do depressor para cada dosagem do coletor para flotação direta (Flotinor 1682) ...41

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comercialização da produção de manganês no Brasil ... 15

Tabela 2 - Reagentes de flotação ...25

Tabela 3 - Parâmetros de flotação ...26

Tabela 4 - Recuperação mássica para os ensaios de flotação reversa ...36

Tabela 5 - Recuperação mássica para os ensaios de flotação direta ...39

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1. INTRODUÇÃO ... 11

2. OBJETIVOS ... 12

2.1. OBJETIVO GERAL ... 12

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS ... 12

3. JUSTIFICATIVA ... 13

4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ... 14

4.1. VISÃO GERAL SOBRE O MANGANÊS ... 14

4.2. A PRODUÇÃO DE MANGANÊS NO BRASIL ... 15

4.3. TRABALHOS ANTERIORES ... 17

5. METODOLOGIA ... 21

5.1. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS ... 21

5.1.1. Cominuição ... 21

5.1.2. Classificação ... 22

5.2. ENSAIOS DE FLOTAÇÃO EM BANCADA ... 24

6. RESULTADOS E DISCUSSÃO ... 27

6.1. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS ... 27

6.2.ENSAIOS DE FLOTAÇÃO EM BANCADA ... 33

7. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS ... 42

REFERÊNCIAS ... 43

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1. INTRODUÇÃO

O manganês é um dos metais de maior demanda para a sociedade, por conta de seu importante papel na fabricação do aço, promovendo o aumento de sua dureza e redução na fragilidade (GREENWOOD; EARNSHAW, 1997), dessa forma, é uma substância de exploração contínua, acompanhando o ritmo de produção da liga na qual é empregado.

O beneficiamento do minério de manganês contando apenas com etapas de cominuição e classificação é um sistema bastante aplicado, especialmente para minérios de teores mais altos e granulometria mais grosseira, incluindo etapas de concentração gravítica, redução e separação magnética, no entanto, esses métodos tem sua eficiência reduzida quando se trabalha com um minério de baixo teor e em faixas granulométricas menores, desse modo, estudos em torno de métodos que sejam capazes de aproveitar materiais que estejam fora dessa zona de conforto se fazem cada vez mais necessários, especialmente com a exploração contínua das reservas de teores mais altos, o que força o desenvolvimento de tecnologias para o aproveitamento de minério com teores cada vez mais baixos (LIMA;

VASCONCELOS; SILVA, 2008).

Neste trabalho, buscou-se conhecer o comportamento do minério de manganês ao ser beneficiado através de flotação direta do próprio manganês, e de flotação reversa, com a remoção do quartzo, que nesse caso foi o principal contaminante, para isso, o material disponibilizado passou por etapas de cominuição e classificação, antes da aquisição das amostras que seriam destinadas aos ensaios de flotação em bancada.

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2. OBJETIVOS

2.1. OBJETIVO GERAL

Desenvolver um trabalho científico de modo a realizar o beneficiamento de minério de manganês com o emprego do processo de flotação.

2.2. OBJETIVOS ESPECÍFICOS

• Reunir suporte teórico que forneça embasamento técnico para o desenvolvimento do trabalho, a partir da seleção e avaliação de trabalhos anteriores, para que se conheça quais propostas se converteram nos melhores resultados;

• Realizar ensaios de flotação reversa e direta do minério de manganês e avaliar os resultados obtidos;

• Buscar oportunidades para inovação e melhoria da eficiência no processo de beneficiamento do manganês.

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3. JUSTIFICATIVA

O presente trabalho permite expandir o conhecimento acerca do comportamento do minério de manganês quando submetido ao beneficiamento a partir do processo de flotação.

O manganês é um elemento importante para a sociedade, sendo empregado principalmente na fabricação de ligas metálicas, especialmente no aço, o que acaba por gerar uma demanda contínua. Desse modo, a sua exploração resulta na redução das reservas de teores mais altos, aumentando a dependência das reservas com teores mais baixos.

Enquanto isso, a flotação demonstra ser uma ferramenta vantajosa para o beneficiamento de minérios com baixo teor, logo, a expansão do conhecimento sobre o comportamento do minério de manganês quando submetido a este processo auxilia na busca por um beneficiamento mais eficiente, aumentando a sustentabilidade da exploração do manganês e possibilitando um prolongamento da vida útil das reservas disponíveis.

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4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

4.1. VISÃO GERAL SOBRE O MANGANÊS

O manganês é o 12º elemento mais abundante no planeta, presente em centenas de minerais diferentes, dos quais cerca de doze possuem maior importância comercial, sendo a pirolusita (MnO2) o mais comum. Suas principais ocorrências se caracterizam na forma de silicatos, como depósitos primários, além de carbonatos e óxidos, como depósitos secundários oriundos da intemperização de depósitos de silicatos, condição essa que também acaba gerando os nódulos de manganês no assoalho oceânico, caracterizados por aglomerados metálicos ricos em manganês, gerados com o material carreado durante o processo de intemperismo (GREENWOOD; EARNSHAW, 1997).

A spessartina (Mn32+Al2(SiO4)3) leva esse nome devido ao local onde foi primeiramente identificada, nas proximidades da região montanhosa de Spessart, na Alemanha. O mineral é um silicato e está contido no grupo da granada, com sua cor variando em tons de vermelho, amarelo, laranja, marrom e preto, brilho vítreo e traço branco, de maior ocorrência em pegmatitos graníticos, granitos e riolitos. No Brasil, tem ocorrências de maior reconhecimento em regiões de Minas Gerais e Rio Grande do Norte (ANTHONY et al., 1995).

O manganês tem papeis importantes na fabricação do aço, pois, além de aumentar a dureza da liga ainda contribui para a redução na sua fragilidade, ao sequestrar o enxofre para evitar que ocorra sua união com o ferro (FeS), e também evitando a formação de bolhas, ao se ligar ao oxigênio para formar o óxido de manganês (MnO) (GREENWOOD; EARNSHAW, 1997). Além das propriedades que colaboram com a melhora na qualidade do aço produzido, permitindo a fabricação de diversas ligas com qualidades de elevada dureza e resistência, o manganês não conta com um substituto econômico, ou seja, não há uma substância que ofereça potencial para ser empregada em seu lugar, devido ao oferecimento de propriedades vantajosas ao mesmo tempo que conta com um preço relativamente baixo, o que lhe concede uma forte dominância para suas respectivas aplicações (BRASIL, 2009).

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4.2. A PRODUÇÃO DE MANGANÊS NO BRASIL

Em 2019 a produção bruta (ROM) de manganês no Brasil alcançou 5,7 milhões de toneladas, resultando no beneficiamento de mais de 3,7 milhões de toneladas e gerando uma comercialização total de mais de 2 bilhões de reais. A produção se distribuiu entre 19 minas, com 18 delas sendo desenvolvidas a céu aberto e uma mina subterrânea. Os estados responsáveis pelas maiores produções foram Pará, alcançando 4,3 milhões de toneladas (ROM) e Minas Gerais, com pouco mais de 548 mil toneladas lavradas (ROM) (BRASIL, 2020).

O manganês apresentou a quinta maior arrecadação para a CFEM entre as principais substâncias metálicas produzidas no país em 2019, somando 43,4 milhões de reais arrecadados, sendo a Buritirama Manganês S.A. a maior produtora, com a extração realizada em Marabá (PA), sendo a detentora da maior participação percentual no valor total da comercialização da produção de manganês no país, como indicado na Tabela 1, seguida pela Vale S.A., com as minas da Urucum Mineração (MS) e a Mina do Azul, na província mineral de Carajás (PA). Ao mesmo tempo, 470 autorizações de pesquisa e 5 concessões de lavra foram expedidas para a substância, fazendo com que a busca por emissão de outorgas de títulos minerários para o manganês figurasse entre as mais expressivas no ano para as principais substâncias metálicas, ficando atrás apenas do ouro e do cobre, para autorizações de pesquisa, e do ouro e do ferro, para as concessões de lavra (BRASIL, 2020).

Tabela 1 - Principais produtoras de manganês e respectivas participações no valor total da comercialização da produção de manganês no Brasil

Empresa ^UF Participação

Buritirama Manganês S.A. PA 67,78

Vale S.A. PA 14,60

Mineração Corumbaense Reunida S.A. ^MS ^8,09

RMB Manganês Ltda. Epp. ^PA ^1,98

Zeus Mineração Ltda. ^CE ^1,35

Fonte: Brasil (2020).

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As exportações de minério de manganês na última décadas vem demonstrando uma tendência de alta, alcançando um pico no ano de 2019, onde se somaram mais de 3,8 milhões de toneladas em exportações, como se vê na Figura 1, o que se refletiu em uma soma de aproximadamente US$ 490 milhões (FOB) para o ano, como apresentado na Figura 2 (BRASIL, 2021).

Figura 1 - Quantidade de minério de manganês exportada anualmente

Figura 2 - Valores totais de comercialização em exportações de minério de manganês ao ano

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A China representa o maior importador do minério, sendo responsável por mais de 40% da quantidade em toneladas exportadas entre os anos de 2011 e 2016, aproximadamente 70% nos anos de 2017 e 2018 e mais de 80% nos anos de 2019 e 2020 (BRASIL, 2021).

4.3. TRABALHOS ANTERIORES

Por conta de sua grande aplicação na produção de aço, o beneficiamento de manganês já vem sendo alvo de pesquisas há muito tempo, no entanto, métodos de concentração menos complexos são mais difundidos, incluindo lixiviação e separação magnética, sendo que o emprego da flotação vem ganhando força como tema de estudo apenas nas últimas décadas.

Dendyuk (1992) buscou uma nova combinação de reagentes para a flotação de manganês de baixo teor, verificando a influência do emprego de polímeros na flotação de frações mais finas e de uma combinação de coletores com interações mais eficientes, possibilitando a redução em seu consumo. O estudo avaliou o uso da poliacrilamida juntamente com carboximetilcelulose como modificadores, de forma a promover a floculação dos finos e melhorar a sua recuperação, enquanto uma mistura de ácidos graxos, aminas e uma solução alcalina foram usados como coletores, afim de avaliar a possibilidade de redução na quantidade de reagentes necessária para essa função. A combinação desenvolvida obteve sucesso ao apresentar um aumento na eficiência da recuperação de frações mais finas, além de uma redução significativa no consumo de reagentes, em comparação com os sistemas mais utilizados até então.

Tukaram bai et al. (2019) estudou diversos parâmetros em busca de desenvolver um método eficaz para a flotação de minério de manganês de baixo teor. Utilizando o material das minas de Garividi, na Índia, o trabalho avaliou a influência de diferentes valores de faixa granulométrica, pH, quantidade de espumante, coletor e depressor e tempos de condicionamento para a eficiência da flotação desse material.

Zhou et al. (2015b) indicou que os coletores tradicionais empregados na flotação de manganês, mais especificamente da rodocrosita, não demonstravam resultados satisfatórios, desse modo, buscou desenvolver um novo tipo de coletor, a partir do ácido hidroxâmico, para a flotação de manganês de baixo teor. O trabalho

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também investigou a influência das principais variáveis associadas à flotação, de modo a estabelecer os melhores valores para pH e de dosagens de coletor e depressor. Os resultados indicaram que o uso de carbonato de sódio como controlador de pH foi mais vantajoso do que o hidróxido de sódio, o que se refletiu em uma melhora na recuperação como um todo, além disso, o estudo obteve sucesso no desenvolvimento de um coletor, composto por um ácido hidroxâmico linoleato (LHA), que demonstrou ser mais eficiente na flotação do manganês que o coletor usado como comparação (ácido oleico), alcançando uma recuperação de até 97%.

Zhou et al. (2015a) comparou o desempenho de coletores na flotação de rodocrosita. Os reagentes sintetizados foram compostos por 4 variações de ácido hidroxâmico, com uma delas não possuindo insaturações, enquanto as outras contavam com um, dois ou três graus de insaturação, sendo analisada a eficiência desses coletores quanto a seletividade na flotação da rodocrosita. Os resultados obtidos indicaram que a variação que não possuía insaturações e a que possuía apenas uma não alcançaram um desempenho satisfatório como coletores, com baixos valores de recuperação e teor no concentrado de manganês, enquanto a variação que possuía 3 insaturações alcançou um bom resultado para a recuperação, mas não desenvolveu uma boa seletividade. A variação configurada pelo ácido hidroxâmico linoleato (LHA) foi a única que demonstrou um bom desempenho como coletor, refletindo-se em uma boa seletividade e alta recuperação para a rodocrosita.

Sabendo do amplo uso da DDA (dodecilamina) e do DTAC (cloreto de dodeciltrimetilamonia) na flotação de óxidos, Rahimi, Irannajad e Mehdilo (2017a) compararam o desempenho desses dois coletores na flotação da pirolusita. Os testes foram realizados utilizando minério contendo baixo teor de manganês, contendo a calcita como principal ganga, e os resultados indicaram que entre os dois coletores avaliados, a dodecilamina (DDA) obteve maior eficiência para a recuperação da pirolusita, apresentando maior seletividade e alcançando um concentrado com melhor recuperação, além disso, o estudo demonstrou que esses resultados foram amplificados quando a flotação foi combinada com o uso de uma mesa de separação gravítica.

A busca por métodos que contem com maior eficiência no beneficiamento de minério de baixo teor se torna cada vez mais importante, já que a priorização pela

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exploração de reservas de teores mais altos tem como consequência o aumento da escassez desse material mais rico, desse modo, Lima, Vasconcelos e Silva (2008) avaliaram a possibilidade do aproveitamento de rejeito de minério de manganês proveniente da unidade Morro da Mina/RDM, localizado em Conselheiro Lafaitete (MG), a fim de aproveitar a fração de material antes descartada por contar com um teor mais baixo. Nos testes foram avaliados os desempenhos de coletores caracterizados por sabões de ácido graxos (óleo de soja e oleato de sódio) e também a eficiência do silicato de sódio como depressor. Os testes indicaram que o oleato de sódio alcançou maior seletividade, gerando um concentrado com menor quantidade de SiO2, no entanto os dois coletores apresentaram um baixo desempenho, com pouco enriquecimento do material beneficiado, apesar de que o material alimentado nos testes já continha um teor de 28% para o elemento de interesse, o que reforça ao potencial do reaproveitamento de rejeitos como uma importante alternativa para a obtenção de um concentrado de manganês.

Yang et al. (2014) propôs uma abordagem inovadora, buscando combinar o emprego da flotação com um pré-tratamento biológico do minério. A partir do conhecimento de trabalhos anteriores envolvendo a ação intempérica da bactéria Bacillus mucilaginosus sobre silicatos, foi desenvolvida uma avaliação do comportamento da flotação da pirolusita e do quartzo, depois de serem submetidos ao pré-tratamento com a bactéria, buscando promover a separação entre a fração rica em manganês dos silicatos. O estudo indicou que apesar de que a bactéria não tenha adsorvido à superfície da pirolusita ou do quartzo, ouve um pequeno aumento no desempenho da flotação devido a uma melhora da seletividade ocasionada pela ação de substâncias metabolizadas pela bactéria, como polissacarídeos e proteínas, o que ocasionou alterações nas propriedades superficiais dos dois minerais e contribuiu para o aumento do teor do concentrado.

Rahimi (2017b) verificou a eficiência de dois depressores na flotação de minério de manganês. O material utilizado tinha a pirolusita como mineral de interesse, contendo a calcita como principal ganga, sendo assim, foi avaliado o comportamento do cloreto de cálcio e do carbonato de sódio como depressores. Os testes demonstraram que o cloreto de cálcio foi capaz de atuar como um bom depressor da calcita, porém, esse efeito se estendeu para a pirolusita, provocando uma queda em sua recuperação. Já o carbonato de sódio não só apresentou um

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bom desempenho como depressor da calcita como também foi capaz de aprimorar a flotação da pirolusita, aumentando a sua recuperação ao atuar como um ativador.

Visando a recuperação de finos de baixo teor de manganês descartados como rejeito na mina de Azul, na província mineral de Carajás (PA), Sousa et al.

(2016) avaliou a possibilidade de concentração desse minério por meio de flotação em meio ácido. Ao concluir que o grau de liberação da ganga contida no material era maior que do mineral de interesse, optou-se pelo emprego de flotação reversa, visando a caulinita, para isso, a flotação foi realizada em meio ácido, contando com uma pré-deslamagem e utilizando etapas rougher e scavenger, amino-amidas como coletor, um ativador de silicatos e um agente dispersor, dessa forma, o estudo alcançou um bom enriquecimento do material alimentado, passando de um teor de 7% em manganês encontrado no rejeito para um concentrado de até 32%.

Bayat, Altiner e Top (2013) investigou a eficiência do beneficiamento de minério de manganês de baixo teor proveniente de duas regiões diferentes da Turquia, contendo teores de cerca de 25,6% e 13,9% de manganês, utilizando três métodos diferentes, separação magnética, separação por gravidade e flotação. Para os testes de flotação foram comparados o oleato de sódio e de potássio como coletores, além do uso de querosene e óleo diesel como modificadores, e silicato de sódio como depressor de silicatos, no entanto, os resultados obtidos foram insatisfatórios, sendo que nenhum dos coletores utilizados alcançou um bom desempenho, especialmente por conta da ocorrência de recobrimento dos minerais de interesse com lama, já que o material usado para os testes de flotação não passou por deslamagem, além disso, o silicato de sódio também não apresentou um desempenho satisfatório na função de depressor.

Observa-se que diversos estudos direcionam o foco para o desenvolvimento de um processo de flotação que seja capaz de concentrar minério de baixo teor, refletindo a necessidade crescente de se desenvolver e aprimorar métodos e tecnologias que consigam aproveitar esse material antes descartado.

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5. METODOLOGIA

5.1. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

As amostras disponibilizadas para o desenvolvimento dos testes se encontravam em granulometria grosseira, configurados em sua maior parte por blocos de tamanhos variados, desse modo, o material foi submetido à etapas de cominuição e classificação, com a finalidade de adequar o tamanho do material para os ensaios a serem realizados.

5.1.1. Cominuição

A etapa inicial de cominuição se deu pela realização de britagem primária, com o emprego de um britador de mandíbulas em escala de laboratório, o que permitiu a adequação do material para a etapa seguinte, que se caracterizou por uma moagem utilizando um moinho de bolas.

Figura 3 - Britador de mandíbulas em escala de laboratório

Fonte: autoria própria

Foram realizados testes de moagem, para encontrar as condições mais favoráveis para o desenvolvimento do trabalho, para isso, o material britado foi submetido a tempos de moagem variando entre cinco e trinta minutos, então, o produto gerado foi classificado por peneiramento, permitindo a construção de curvas que demonstrassem a distribuição granulométrica resultante para cada tempo de moagem.

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Figura 4 - Moinho de bolas

A partir da definição do tempo de moagem mais adequado, todo o material britado foi submetido a moagem, utilizando-se operação por batelada com cargas de 4 kg para cada execução, sob rotação de 25.000 RPM e alimentação a seco.

5.1.2. Classificação

A classificação do produto resultante da moagem foi feita em duas etapas, com a primeira realizada a partir de peneiramento manual a seco, com o auxílio de uma peneira manual com abertura de 1,36 mm, separando o material entre uma fração de granulometria mais grosseira, que precisaria passar por nova etapa de moagem para ser aproveitado nas etapas seguinte, e uma fração de granulometria fina, que poderia seguir para a etapa de classificação secundária, realizada a partir de um novo peneiramento desse material, agora com o emprego de peneiramento vibratório a úmido, o que permitiu a classificação do material entre passante em

#100 e retido em #100.

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Figura 5 - Conjunto de peneiras de granulometria para peneiramento vibratório

Essa etapa de classificação secundária permitiu a obtenção de uma fração de material passante na peneira de #100, ficando dentro da faixa granulométrica adequada para que os ensaios de flotação fossem realizados. O produto passante em #100 gerado foi levado à estufa a 100° C para secagem, posteriormente foi homogeneizado e quarteado, com o emprego de um quarteador tipo Jones, visando a obtenção de alíquotas de aproximadamente 500 g cada, para que pudessem ser utilizadas nos ensaios de flotação.

Figura 6 - Quarteador tipo Jones

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5.2. ENSAIOS DE FLOTAÇÃO EM BANCADA

A flotação foi realizada em uma célula de flotação de bancada, utilizando cuba de 2 litros, variando-se as dosagens de coletor e depressor.

Figura 7 - Célula de flotação em bancada

Foram testados dois coletores, o Flotigam 7100, uma eteramina (GONÇALVES, 2020) destinada à flotação reversa, visando a remoção de quartzo, e o Flotinor 1682, um ácido fosfórico orgânico (ESPIRITU; WATERS, 2017) empregado na flotação direta do manganês, ambos fornecidos pela Clariant. Os tempos de condicionamento e as dosagens usadas para cada reagente estão reunidos na Tabela 2.

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Tabela 2 - Reagentes de flotação

Reagentes Função Dosagens (g/t) Tempo de Condicionamento

Flotigam 7100 Flotinor 1682

Coletor 150, 250 e 350 1 minuto

Amido de Milho Depressor 0, 300 e 600 5 minutos

O preparo dos coletores foi realizado de maneira similar para os dois reagentes, com a preparação de uma solução de 1% de concentração, para isso, foi feita a diluição de 1,0 g de coletor em um béquer contendo 50 mL de água destilada, depois disso essa solução foi mantida sob agitação por cinco minutos, com o auxílio de um agitador magnético, em temperatura ambiente. Passados os 5 minutos, a solução foi transferida para um balão volumétrico de 100 mL, o qual foi preenchido com água destilada até a marcação de volume do frasco.

Para o preparo do depressor foram pesados 2,5 g de amido de milho, que foram depois diluídos em um béquer com 20 mL de água, sendo feita a agitação dessa solução por cinco minutos. Após esse tempo, foi feita a gelatinização da solução, com a adição de 7,5 mL de NaOH em concentração de 10%, ainda sob agitação, além da adição de água destilada até que se completasse um volume de 100 mL de solução, por fim, a solução foi mantida sob agitação por mais 15 minutos.

O procedimento de flotação se iniciou com a deposição da alíquota quarteada em uma célula de flotação de 2L, em seguida, foi adicionado um volume de água suficiente para atingir a porcentagem de sólidos predeterminada para a etapa de condicionamento, então, a polpa gerada foi mantida em agitação a 1400 rpm por 3 minutos, para que ocorresse uma boa homogeneização. Após esse período foi realizado o condicionamento da polpa, primeiramente com a adição do depressor, sendo o seu tempo de condicionamento de cinco minutos, depois, foi adicionado o coletor, que possuía um tempo de condicionamento de 1 minuto, não sendo necessária a adição de espumante por conta da formação de espuma já ocorrer a partir da atuação dos coletores, por fim, foi realizado o controle de pH, com a adição

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de NaOH até que se atingisse o valor de 9,5, com o monitoramento sendo realizado com o auxílio de um medidor de pH eletrônico.

Após o tempo de condicionamento do coletor, foi adicionado um volume de água para a adequação da porcentagem de sólidos para a flotação, a agitação foi reduzida para uma rotação de 1200 rpm e, por fim, o fluxo de ar foi liberado e ajustado para 4 L/m, iniciando-se a formação de espuma, a qual foi manualmente raspada para controle do transbordo, por um período de quatro minutos. O material flotado foi recolhido em uma assadeira de aço inox, a qual foi identificada e levada à estufa a para secagem, enquanto o material afundado foi transferido da cuba de flotação para uma segunda assadeira de aço inox, que também foi identificada e levada à estufa para secagem, com a estufa mantida a uma temperatura de cerca de 100° C. Parâmetros adicionais usados na etapa de flotação estão reunidos na Tabela 3.

Tabela 3 - Parâmetros de flotação

Parâmetros Valores

Porcentagem de sólidos no condicionamento 35%

Porcentagem de sólidos na flotação 25%

pH 9,5

Rotação no condicionamento 1400 rpm

Rotação na flotação 1200 rpm

Fluxo de ar 4 L/m

Depois de cerca de 24 horas, as assadeiras foram retiradas da estufa, para que o material fosse ensacado, seguindo com a sua pesagem e identificação.

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6. RESULTADOS E DISCUSSÃO

6.1. PREPARAÇÃO DAS AMOSTRAS

Os resultados iniciais de análise química da alimentação demonstraram que o material continha maioritariamente três fases minerais, como representado na Figura 8, com o manganês associado principalmente à spessartina, além disso, os testes indicaram um teor de cerca de 27% de manganês, com os principais contaminantes se caracterizando pelo ferro, alumínio e, principalmente, o quartzo, o qual demonstrou teores de cerca de 25%, o que pode ser visto na Figura 9.

Figura 8 - Fases minerais do material

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Figura 9 - Análise química da alimentação

Enquanto isso, os resultados de análise granuloquímica apresentados na Figura 10, indicaram que o teor de manganês presente no material permanece relativamente constante para todas as faixas granulométricas, demonstrando que a etapa de classificação pouco interfere no teor do material. Esse resultado implica que todo o material empregado nas etapas de cominuição possuiria teor semelhante ao do material em suas condições originais e poderia gerar uma boa resposta ao ser submetido à flotação.

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Figura 10 - Análise granuloquímica

O material britado passou por peneiramento, resultando na construção de uma curva de granulometria que pode ser observada na Figura 11, a qual revelou que o material precisaria passar por etapas adicionais de cominuição para que se adequasse a execução da flotação.

Figura 11 - Análise granulométrica do material britado

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A partir da pesagem dos resultados da classificação preliminar para cada tempo de moagem, percebeu-se que a quantidade de material retido na peneira de abertura 1,36 mm, que necessitaria ser moído novamente, diminuiu de maneira significativa de acordo com o aumento do tempo de moagem, até o tempo de 20 minutos, onde a proporção entre a fração retida e a passante começam a se estabilizar, como é possível observar na Figura 12.

Figura 12 - Relação passante/retido na classificação preliminar para cada tempo de moagem

O peneiramento dos produtos resultantes de cada tempo de moagem permitiu o desenvolvimento das curvas de moabilidade, representadas na Figura 13, Percebe-se que a porção de material de granulometria menor que 150 μm, ou seja, passante na peneira de #100, se torna maior que 80% da massa total de material moído a partir do tempo de 20 minutos de moagem, desse modo, optou-se por definir este como o tempo padrão para as moagens realizadas ao longo do trabalho, já que oferece uma boa parcela de material já adequado para a realização de flotação sem que o tempo de moagem seja muito grande.

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Figura 13 - Curvas de moabilidade do material

Todo o material britado inicialmente foi então moído, o que fez com que passasse a conter grãos em diversas faixas granulométricas, separadas inicialmente pela classificação primária, o que resultou em uma fração de material mais grosseira e outra mais fina.

Figura 14 - Resultado da etapa de britagem

150 μm

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Figura 15 - Resultado da etapa de moagem

Figura 16 – Comparação dos resultados da classificação primária

Após a realização da classificação secundária, a partir do material passante na peneira da classificação primária, foi gerado uma soma de 16,555 kg de material adequado para ser utilizado nos testes de flotação.

Figura 17 - Material seco após a classificação secundária

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O quarteamento do material seco resultou na geração de alíquotas de aproximadamente 0,5 kg em média, para utilização nos ensaios de flotação.

6.2.ENSAIOS DE FLOTAÇÃO EM BANCADA

Os primeiros testes para a flotação, com um exemplo ilustrado na Figura 18, foram realizados afim de conhecer superficialmente a resposta das amostras após a interação com o coletor, utilizando-se condições semelhantes às definidas para os ensaios definitivos, mas com um valor maior para a porcentagem de sólidos (40% de sólidos tanto na etapa de condicionamento quanto na flotação em si), dosagem de coletor de 250 g/t e com o emprego de dosagem de 50 g/t de espumante. Percebeu- se que, sob estas condições, ocorria a geração de espuma de maneira intensa, ocasionando dificuldades para executar o procedimento de forma controlada.

Figura 18 - Teste inicial de flotação

Para contornar este problema, foram realizados novos testes, agora sem o uso de espumante, o que reduziu pouco a formação intensa de espuma. O passo seguinte foi a tentativa de se executar um teste com dosagem reduzida de coletor, passando de 250 g/t para 50 g/t, o que reduziu expressivamente a geração de espuma, como é possível observar na Figura 19, porém, culminou em uma queda brusca também na recuperação mássica, caindo de cerca de 20% para 3,1%, o que também não seria um resultado satisfatório.

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Figura 19 - Teste de flotação com dosagem de 50 g/t de coletor

A alteração seguinte se deu pela redução da porcentagem de sólidos da polpa, com o emprego de 35% de sólidos para o condicionamento e 25% para a flotação, para uma dosagem de coletor de 250 g/t, o que resultou na geração de espuma de forma controlada ao longo de toda execução do teste, ao mesmo tempo que proporcionou um valor satisfatório para a recuperação mássica, que alcançou 27%. Como boa parte das amostras contava com uma massa maior que 500 g, optou-se pelo uso de 27% para a porcentagem de sólidos, para que o volume de polpa se adequasse à capacidade da cuba.

Figura 20 - Teste de flotação com 25% de sólidos

A partir da adequação dos parâmetros de flotação, os ensaios foram iniciados, primeiramente com o emprego do coletor Flotigam 7100, para flotação reversa. Para o caso deste coletor foi gerada uma espuma com bolhas relativamente

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grandes e com um alto grau de mineralização aparente, como pode ser observado nas Figuras 21, 22 e 23, indicando que houve grande adesão dos grãos às bolhas, além disso, a espuma apresentou grande persistência, com as bolhas permanecendo depois de um longo tempo após o fim dos ensaios.

Figura 21 - Ensaio de flotação reversa com dosagem de 150 g/t de coletor

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Os resultados das pesagens das porções de flotado e afundado, descritos na Tabela 4, demonstraram que o coletor para flotação reversa gerou o comportamento esperado, com o aumento da recuperação mássica a medida em que a dosagem de coletor aumentou, como também pode ser visto na Figura 24.

Tabela 4 - Recuperação mássica para os ensaios de flotação reversa

Ensaio Massa de flotado (g)

Massa de afundado (g)

Recuperação Mássica (%)

01 100,36 354,01 21,24%

02 171,01 351,59 32,01%

03 120,33 395,89 22,89%

04 136,39 364,74 26,64%

05 132,21 364,51 25,93%

06 142,46 342,7 28,82%

07 162,28 343,87 31,29%

08 160,6 293,1 34,50%

09 218,39 292,45 41,67%

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Figura 24 - Divisão de massas entre flotado e afundado e recuperação mássica para a flotação reversa

Após o término dos ensaios de flotação reversa, foram realizados os ensaios de flotação direta do manganês, com o coletor Flotinor 1682. No caso da flotação direta, percebe-se pelas Figuras 25, 26, 27 e 28 que a espuma gerada se configurou por bolhas pequenas, com pouca adesão aparente dos grãos, bem menos consistente que a espuma gerada na flotação reversa, se desfazendo rapidamente após o término dos ensaios, especialmente para o caso da dosagem de 150 g/t de coletor, no qual a espuma se desfez quase que por completo após decorridos cerca de 2 minutos do término dos ensaios.

Figura 25 - Espuma formada por bolhas pequenas

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Figura 26 - Ensaio de flotação direta com dosagem de 150 g/t de coletor

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A baixa mineralização aparente da espuma se confirmou após a pesagem das massas oriundas dos ensaios, com recuperações mássicas que, apesar de manter o comportamento crescente de acordo com o aumento da dosagem, ficou abaixo dos valores obtidos nos ensaios de flotação reversa, como se vê na Tabela 5 e na Figura 29.

Tabela 5 - Recuperação mássica para os ensaios de flotação direta

Ensaio Massa de flotado (g)

Massa de afundado (g)

Recuperação Mássica (%)

01 60,32 472,34 11,01%

02 59,11 459,27 11,09%

03 97,26 444,42 17,53%

04 103,41 415,13 19,38%

05 99,43 385,02 19,95%

06 88,71 395,85 17,85%

07 112,64 392,58 21,61%

08 106,75 381,84 21,33%

09 152,31 358,78 28,98%

Figura 29 - Divisão de massas entre flotado e afundado e recuperação mássica para a flotação direta

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Para os dois métodos de flotação, a dosagem de 350 g/t para o coletor foi a que apresentou os maiores valores de recuperação mássica. Observou-se ainda que na maioria das dosagens de coletor utilizadas, o uso de depressor provocou uma leve tendência de aumento na recuperação mássica, como se pode ver nas Figuras 30 e 31, o que pode representar uma baixa eficácia da atuação desse reagente, ao permitir o aumento da porção de material que deveria ter sido deprimida na parcela que foi flotada, ou pode indicar um comportamento de ativação para a porção a ser flotada, exigindo-se uma investigação mais profunda para que se conclua o motivo.

Figura 30 - Comparativo da atuação do depressor para cada dosagem do coletor para flotação reversa (Flotigam 7100)

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Figura 31 - Comparativo da atuação do depressor para cada dosagem do coletor para flotação direta (Flotinor 1682)

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7. CONCLUSÕES E TRABALHOS FUTUROS

O trabalho realizado permitiu o enriquecimento dos conhecimentos associados ao beneficiamento do minério de manganês. Inicialmente foi possível conhecer as características químicas do material disponibilizado para estudo, assim como desenvolver curvas de moabilidade que demonstrassem a resposta do material quando submetido a diferentes tempos de moagem.

Os ensaios de flotação demonstraram que o emprego do coletor Flotigam 7100 para flotação reversa resultou na formação de uma espuma persistente, com bolhas mais firmes e com boa adesão dos grãos às bolhas, resultando nos maiores valores de recuperação mássica, enquanto a o emprego do coletor Flotinor 1682 gerou uma espuma mais fluida, com bolhas de fácil desintegração e pouco mineralizadas, o que se refletiu em recuperações mássicas mais baixas que no caso da flotação reversa.

As maiores recuperações se deram, em ambos os casos, pelo emprego de dosagens de coletor de 350 g/t, com o depressor gerando um pequeno aumento nas recuperações, o que pode ser indicativo tanto de uma má performance de depressão quanto de um caráter de ativação exercido pelo amido de milho.

Pesquisas futuras podem investigar mais a fundo a influência da variação na porcentagem de sólidos sobre a eficiência da flotação, variando esse valor para diferentes coletores, além disso, para uma melhor avaliação da resposta da flotação para cada tipo de coletor e método empregado, se fazem necessárias análises químicas dos materiais resultantes dos ensaios, permitindo conhecer quais frações do mineral de interesse ou dos contaminantes foram destinadas à porção do flotado ou afundado, o que permitiria também definir com mais exatidão como o amido de milho atuou na flotação. Considerando-se também que o material utilizado para os ensaios não passou por operações de deslamagem, seria interessante o desenvolvimento de investigações acerca da influência desta etapa sobre a eficiência da flotação.

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