Título do projeto: Área de Concentração/Linha de Pesquisa: Justificativa/motivação para realização do projeto: Objetivos:

Transcrição

1 Título do projeto: Remoção do fósforo dos rejeitos de cromita utilizando-se a técnica de lixiviação ácida Área de Concentração/Linha de Pesquisa: Tecnologia Mineral / Hidrometalurgia. Justificativa/motivação para realização do projeto: A cromita é um mineral formado por um óxido duplo de ferro e cromo (FeO.Cr2O3), conhecido por ser, além de um mineral tático, a forma mais exequível de obtenção do cromo. O ramo metalúrgico é responsável por consumir 94% da produção global de cromita na manufatura de ligas de ferro-cromo, primordiais para a geração de aço inoxidável e ligas especiais (MME, 2009). Em contrapartida, de acordo com Sampaio, Andrade e Sobrinho (2004), as indústrias metalúrgicas carecem de concentrados de cromita com teores de Cr2O3 superiores a 40%, e de fósforo inferiores a 0,006%. Dessa forma, o fósforo é considerado uma impureza e deve ser removido a fim de ser empregado devidamente. Nesse contexto, o projeto de pesquisa visa remover o fósforo do minério em questão, via lixiviação ácida, método químico pouco estudado para essa aplicação, contribuindo assim com um método alternativo em relação aos métodos físicos. Aliado a isso, busca-se aproveitar os rejeitos oriundos do processamento, uma vez que estes que ficam estocados em pilhas e barragens. Além de que, muitas vezes, estes rejeitos podem apresentar teores consideráveis de cromo, colaborando para a redução dos impactos ambientais acarretados pelo seu beneficiamento. Objetivos: O projeto tem como objetivo geral avaliar uma alternativa de remoção de fósforo do minério de cromo, através de uma rota hidrometalúrgica, empregando-se a lixiviação ácida. Estratégia experimental planejada para se alcançar os objetivos: (i) Coleta de amostras do rejeito do minério; (ii) Caracterização do minério (distribuição granulométrica, caracterização química e mineralógica); (iii) Preparação química da solução de lixiviação; (iv) Lixiviação ácida; Principais referências consultadas: MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA MME. Relatório Técnico 21; Perfil da Mineração do Cromo. Secretaria de Geologia, Mineração e Transformação Mineral SGM, p. OBIORAH, S. M. O.; MENKITI, M. C.; NNUKA, E. E. Beneficiation Processing of Agbaja Iron Ore By Chemical Leaching Technique. New York Science Journal, v. 4, n. 5, p , SAMPAIO, J. A.; CARVALHO, E. A.; FONSECA, B. F. Cromita Mina Ipueira FERBASA. Comunicação técnica elaborada para o livro Usina de Beneficiamentos do Brasil. Rio de Janeiro, p. SAMPAIO, J. A.; ANDRADE, M. C.; SOBRINHO, J. R. Aproveitamento de rejeitos de cromita por processos gravíticos. In: ENCONTRO NACIONAL DE TRATAMENTO DE MINÉRIOS E METALURGIA EXTRATIVA, 20., 2004, Florianópolis. Anais... Florianópolis: USP, p

2 1. Introdução Em qualquer atividade, sobretudo na mineração, há dois resíduos de destaque oriundos das etapas de decapeamento e tratamento de minérios denominados, respectivamente, de estéreis e rejeitos. Os volumes gerados desses resíduos são normalmente elevados e estão ligados a vários quesitos como: processo empregado para a lavra do minério e a localização da jazida em relação à superfície (IPEA, 2011). Nesse estudo em questão o foco será baseado apenas nos rejeitos oriundos do beneficiamento do minério de cromo. A cromita, (FeO.Cr2O3) apresenta 67,9% de Cr2O3 e 32,1% de FeO (em média). A sua maior abrangência encontra-se na África do Sul, Cazaquistão, Índia e Brasil. Com relação a esse último, aparece com maior ocorrência nos estados da Bahia (70,80%) e Amapá (29,20%) (RAMOS, 2015). O minério de cromo da Bahia, objeto deste estudo e de propriedade da Companhia de Ferro e Ligas da Bahia S.A. (FERBASA), é composto por cromita e uma gama de minerais silicatados de ganga, destaque para a clorita, a hornblenda, a serpentina e o talco, conforme Tabela I.1. Tabela I.1 Composição química de alguns dos minerais encontrados no minério de cromo da Bahia. Mineral Composição química Cromita FeO.Cr2O3 Magnetita Fe3O4 Clorita (Mg,Fe)3(Si,Al)4O10(OH)2 (Mg,Fe)3(OH)6 Hornblenda (Ca,Na)2-3(Mg,Fe,Al)5(Al,Si)8O22(OH,F)2 Serpentina (Mg,Fe,Ni,Al,Zn,Mn)2-3Si2O5(OH)4 Talco Mg3Si4O10(OH)2 Carbonatos Fonte: (BALTAR; MEDEIROS; RODRIGUES, 2012, p. 109). Com relação à sua aplicação, os principais setores que empregam o cromo e seus componentes são a metalurgia (57%), química (27%) e indústria de refratários (16%) (BUENO, 2003). Em razão do alto consumo destinado à indústria metalúrgica, a elevada procura de cromo para a manufatura de aço inoxidável transformou totalmente o cenário em relação ao grau dos minérios metalúrgicos. Até a década de 1960, o único quesito a ser considerado para manufatura de ferro-cromo era o alto teor de cromo (ZAMBRANO, 2006). Esse minério de qualidade apresentava teor médio de 38% de Cr2O3 e 17% de FeO, com uma relação cromo/ferro igual a 2,0 (SAMPAIO; CARVALHO; FONSECA, 2002). O tratamento do minério de cromo pela FERBASA, no decorrer das últimas quatro décadas, gerou uma quantidade de rejeito na faixa de 2,5 milhões de toneladas, com 10% de Cr2O3. No município de Andorinha BA, a mina lpueira possui rejeitos de cromita com alto teor de fósforo de 0,027% e de óxido de cromo de 11,51% (SAMPAIO; ANDRADE; SOBRINHO, 2004). Em razão da crescente quantidade de rejeito, já lavrado e em partes moído, é necessária a criação de uma técnica de reaproveitamento do mesmo objetivando-se diminuir os efeitos danosos oriundos do acúmulo de resíduos provenientes da mineração de cromo, além de conferir aplicação ao resíduo de mineração (CHAVES, 2009). Além disso, deve-se levar em consideração que a aplicação do cromo em larga escala na produção de ligas metálicas deve atender às seguintes especificações: concentrados de cromita com teor de Cr2O3 superiores a 40%, e fósforo inferior a 0,006% (SAMPAIO; ANDRADE; 2

3 SOBRINHO, 2004). A presença de fósforo nos aços causa fragilidade a frio, principalmente em aços duros e de alto carbono. Isso porque, quando o seu teor atinge um determinado valor, pode ocasionar o surgimento de ghostlines que facilitam o aparecimento de trincas dificultando seu uso na construção civil (CHIAVERINI, 2005). Uma técnica que tem sido empregada para a remoção de fósforo de diversos minérios é a lixiviação. De acordo com Morais, Albuquerque e Ladeira (2014) a lixiviação é a técnica de remoção de um componente solúvel de um sólido, o qual contém o metal ou metais úteis, por meio do contato do sólido com uma fase líquida composta por agentes lixiviantes (ácidos, bases ou agentes complexantes). Além disso, a lixiviação ácida consiste em uma técnica empregada que promove a remoção de elementos unidos por ligações químicas e cuja remoção não pode ser realizada por técnicas físicas (PADILHA, 2012). A Tabela I.2 destaca alguns estudos propostos por diversos autores que empregaram a técnica de lixiviação ácida na remoção de fósforo do minério de ferro, nas condições experimentais que obtiveram os melhores resultados. Tabela I.2 Parâmetros da remoção de fósforo de minério de ferro por lixiviação ácida. CHENG et al., (1999) ZHANG e MUHAMMED (1989) OBIORAH et al., (2011) JIN et al., (2006) Tipo de ácido H2SO4 HNO3 H2SO4 H2SO4 Temperatura 60 C 30 C 31 C 30 C Concentração 5% (0,5M) 32% (6 M) 3% (0,3 M) 1% (0,1 M) Tempo 5h 20-30h 36 min 20 min Processo Batelada Contínuo Batelada Batelada Agitação Sim - - Sim Remoção 70-80% 95% 96% 91% Fonte: PADILHA (2012, p. 19). Um estudo realizado por Oliveira (2016) promoveu a remoção de fósforo do rejeito magnético do complexo carbonatítico de Tapira MG, através de lixiviação ácida. Os resultados apresentaram-se satisfatórios em relação aos teores obtidos a partir da análise química, quando comparados à purificação/remoção do fósforo. Kanungo e Sant (1980) empregaram lixiviação ácida clorídrica para remoção de fósforo de minério de manganês de alto teor. O minério estudado apresentava origem indiana, sendo avaliadas as variáveis concentração de ácido, relação líquido/sólido, temperatura, período de lixiviação e tamanho de partículas do minério. Os resultados mostraram-se eficazes, apresentando uma redução dos teores de fósforo abaixo do limite especificado de 0,12%. Com relação à remoção do fósforo dos rejeitos de cromita, um estudo realizado por Sampaio, Andrade e Sobrinho (2004) menciona que, a partir de estudos mineralógicos, o fósforo não está ligado à cromita (mineral paramagnético). Em razão disso, uma alternativa encontrada para remoção do mesmo foi o emprego da separação magnética à úmido de alta intensidade, obtendo teores de fósforo de 0,006%. Diante do exposto, a proposta contribuirá para uma maior compreensão da lixiviação ácida em minérios, sobretudo em relação à remoção de fósforo do minério de cromo, visto que, a existência de estudos relacionados ao tema proposto é escassa. Além disso, como objetivos específicos buscar otimizar as variáveis operacionais do processo de lixiviação ácida (tempo de lixiviação, concentração do ácido, tamanho da partícula e taxa de diluição) para o minério em questão. 3

4 2. Materiais e Métodos As amostras do presente trabalho serão cedidas pela Companhia de Ferro e Ligas da Bahia (FERBASA) e corresponderão aos rejeitos do processo de beneficiamento gravimétrico. As amostras serão homogeneizadas e quarteadas em quarteador Jones, até alcançar os valores de massa necessários aos ensaios e análises a seguir: (i) distribuição do tamanho de partículas, por meio de análise de granulometria a laser (GL); (ii) caracterização química via ICP-AES (espectrometria de emissão atômica com plasma indutivamente acoplado) e espectrometria de absorção atômica (FAAS); (iii) caracterização mineralógica por difração de raios-x; (iv) planejamento de experimentos, baseado em estudo feito por Obiorah, Menkiti e Nnuka (2011) e (v) ensaios de lixiviação ácida em coluna. Os ensaios serão conduzidos utilizando-se equipamentos de proteção individual (EPI), no Laboratório de Hidrometalurgia (Departamento de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, UFMG). Os efluentes líquidos e resíduos sólidos oriundos do processo de lixiviação serão armazenados apropriadamente e identificados para posterior tratamento e descarte. 3. Infraestrutura e Recursos Necessários Amostra de rejeito do minério de cromo oriundas do processo de beneficiamento gravimétrico; Quarteador Jones; Recursos disponíveis para análise química (espectrômetro de emissão óptica com plasma acoplado indutivamente com visão dupla-radial e axial Perkin- Elmer Optima 5300 DV); Peneiras da série Tyler e peneirador ou granulômetro a laser; Unidade experimental equipada com coluna; Reagentes para lixiviação; Equipamentos usuais de laboratório: béquer, pisseta, proveta, picnômetro, agitador magnético, estufa, balança digital, phmetro; Acesso a material didático para pesquisa de artigos e publicações técnicas referentes aos assuntos estudados. 4. Cronograma de Atividades Ano: Bimestre: J/F M/A M/J J/A S/O N/D J/F M/A M/J J/A S/O N/D Revisão bibliográfica Disciplinas Coleta das amostras Preparação das amostras Caracterização granulométrica Caracterização química Caracterização mineralógica Testes de lixiviação Elaboração da proposta Apresentação da proposta Elaboração de trabalho para congresso Elaboração de artigo científico Elaboração da dissertação Defesa 4

5 Referências BALTAR, C. A. M.; MEDEIROS, A. R. S.; RODRIGUES, M. M. Flotação seletiva de cromita com carboxilmetilcelulose. Holos, v. 5, n. 28, p , BUENO, B. Y. M. Aspectos cinéticos da remoção de cromo (III) por flotação de precipitados. Rio de Janeiro: Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro, f. (Dissertação, Mestrado em Ciências Materiais e Metalurgia). CHAVES, L. F. M. Estudo da adição do resíduo proveniente da extração de minério de ferro em argilas do Rio Grande do Norte. Rio Grande do Norte: Universidade Federal do Rio Grande do Norte, f. (Tese, Doutorado em Materiais). CHIAVERINI, V. Aços e ferros fundidos. 7.ed. São Paulo: ABM, p. INSTITUTO DE PESQUISA ECONÔMICA APLICADA IPEA. Diagnóstico dos Resíduos Sólidos da Atividade de Mineração de Substâncias Não Energéticas: Relatório Técnico. IPEA: Brasília, p. KANUNGO, S. B.; SANT, B. R. Dephosphorization of Phosphorus-rich manganese ores by selective leaching with dilute hydrochloric acid. International Journal of Mineral Processing, n. 8, p , MINISTÉRIO DE MINAS E ENERGIA MME. Relatório Técnico 21; Perfil da Mineração do Cromo. Secretaria de Geologia, Mineração e Transformação Mineral SGM, p. MORAIS, C. A.; ALBUQUERQUE, R. O.; LADEIRA, A. C. Q. Processos físicos e químicos utilizados na indústria mineral. Cadernos temáticos de química nova na escola, n. 8, p. 9-17, OBIORAH, S. M. O.; MENKITI, M. C.; NNUKA, E. E. Beneficiation Processing of Agbaja Iron Ore By Chemical Leaching Technique. New York Science Journal, v. 4, n. 5, p , OLIVEIRA, P. T. Remoção do fósforo do rejeito magnético do complexo alcalino carbonatítico de Tapira-mg via lixiviação ácida. Araxá: Centro Federal de Educação Tecnológica de Minas Gerais, f. (Trabalho de Conclusão de Curso, Engenharia de Minas). PADILHA, D. Desfosforação das cinzas do tratamento térmico de resíduos da indústria do couro visando o uso metalúrgico. Porto Alegre: Universidade Federal do Rio Grande do Sul, f. (Dissertação, Mestrado em Engenharia Química). RAMOS, M. A. F. Cromo. In: LIMA, T. M.; NEVES, C. A. R. Sumário Mineral v. 35. Departamento Nacional de Produção Mineral, Disponível em: < Acesso em 03 out

6 SAMPAIO, J. A.; CARVALHO, E. A.; FONSECA, B. F. Cromita Mina Ipueira FERBASA. Comunicação técnica elaborada para o livro Usina de Beneficiamentos do Brasil. Rio de Janeiro, p. SAMPAIO, J. A.; ANDRADE, M. C.; SOBRINHO, J. R. Aproveitamento de rejeitos de cromita por processos gravíticos. In: ENCONTRO NACIONAL DE TRATAMENTO DE MINÉRIOS E METALURGIA EXTRATIVA, 20., 2004, Florianópolis. Anais... Florianópolis: USP, p ZAMBRANO, A. P. Estudo da redução de pelotas autorredutoras de cromita. São Paulo: Universidade de São Paulo, f. (Dissertação, Mestrado em Engenharia Metalúrgica e Materiais). 6