FLOTAÇÃO EM COLUNA APLICADA À RECUPERAÇÃO DE PRATA DE RESÍDUO DE LIXIVIAÇÃO

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1 FLOTAÇÃO EM COLUNA APLICADA À RECUPERAÇÃO DE PRATA DE RESÍDUO DE LIXIVIAÇÃO J. A. de Aquin 1, M.L.M. Oliveira\ W.E. de Paula Júnir 1, T. Takayama 3 (I) Centr de Desenvlviment da Tecnlgia Nuclear- Rua Prfessr Mári Wemeck s/n, Cidade Universitária- Pampulha- Bel Hriznte- MG jaa@cdtn.br (2) Departament de Engenharia de Minas da Universidade Federal de Our Pret Mrr d Cruzeir- Our Pret- MG luciam@uai.cm.br (3) Cmpanhia Paraibuna de Metais Rdvia BR 267 Km B. Igrejinha Juiz de Fra- MG ttakayama@cpmzinc.cm.br A Cmpanhia Paraibuna de Metais (CPM), instalada n municípi de Juiz de Fra, MG, prduz ztnc metálic a partir de cncentrads de zinc sulfetad imprtads. Na cmpsiçã d preç de imprtaçã sã cnsiderads s teres ds elements prata, chumb, cádmi, etc. cntids nesses cncentrads. Em funçã diss, a viabilidade ecnômica de aprveitament d zinc depende da recuperaçã desses elements. Para recuperaçã d zinc sã utilizads s prcesss de ustulaçã, lixiviaçã, eletrólise e fundiçã. Na etapa de ustulaçã, sul fet de zinc reage cm xigêni frmand óxid e sulfat de zinc, dependend das cndições de peraçã d ustuladr. O prdut da ustulaçã segue para a etapa de lixiviaçã cm ácid sulfúric nde se btém um resídu cm elevad ter de prata e chumb. Esse resídu pssui granulmetria extremamente fina(~ 50% abaix de I O!lm), acidez elevada (ph, I,0) e presença de íns ncivs à recuperaçã da prata pel prcess de fltaçã. Cnsiderand a imprtância da recuperaçã da prata cntida nesse cncentrad, em 1987 a equipe de tecnlgia da Cmpanhia Paraibuna de Metais, CPM, caracterizu resídu da lixiviaçã tend identificad a argentita (AgS) cm mineral prtadr desse element. Nessa mesma épca fram realizads estuds de fltaçã em células mecânicas que serviram de base para a implantaçã de um circuit industrial cnstituíd das etapas rugher, scavenger e três cleaner em células mecânicas. Cm bjetiv de elevar a recuperaçã da prata, em 1993 a CPM cntratu a equipe de Tecnlgia Mineral d Centr de Desenvlviment da Tecnlgia Nuclear, CDTN, para estudar a aplicabilidade da técnica de fltaçã em cluna para aprveitament desse material. Os resultads desse estud fram utilizads para dimensinament de uma cluna industrial cm capacidade de 5 t/h em substituiçã a td circuit de fltaçã em células mecânicas. Essa cluna, implantada desde 1995 vem recuperand a prata cntida n rejeit da lixiviaçã btend cncentrads cm ter entre 14,1 e 27,6 kg/t e recuperaçã entre 68,9 e 79,6% de prata. Neste trabalh sã apresentads s resultads btids n estud pilt e na cluna industrial a lng ds ans de peraçã, cm ênfase na situaçã atual, demnstrand a imprtância da aplicaçã da técnica de fltaçã em cluna para recuperaçã da prata cntida n resídu da lixiviaçã. Palavras-chave: fltaçã, prata, zinc, cluna. Área Temática: Tratament de Minéris 27

2 INTRODUÇÃO ) O zinc é um metal nrmalmente encntrad ns sls e apresenta imprtante papel para a vida das plantas e ds animais. Na área metalúrgica a sua principal aplicaçã é na fabricaçã de ligas visand a prteçã d ferr e de utrs metais cntra a crrsã. Cerca de 90% d zinc prduzid n mund é riginári d prcessament da esfalerita (ZnS). Os minéris sulfetads de zinc cntêm, nrmalmente, de 2 a 12% desse element e apresentam assciações cm minerais de chumb, cbre e cm metais base tais cm a prata. Muitas vezes, cádmi e utrs metais tais cm índi, germâni e táli também estã presentes n minéri em quantidades menres. A Cmpanhia Paraibuna de Metais (CPM), instalada n municípi de Juiz de Fra, MG, prduz zinc metálic a partir de cncentrads de zinc sulfetad imprtads, principalmente d Peru. Uma vez que na cmpsiçã d preç de imprtaçã desses cncentrads sã cnsiderads s teres ds elements prata, chumb, cádmi, etc. cntids, a viabilidade ecnómica de aprveitament d zinc depende da recuperaçã desses elements. Para prduçã d zinc metálic s cncentrads sulfetads de zinc sã submetids as prcesss de ustulaçã, lixiviaçã, eletrólise e fundiçã. Na etapa de ustulaçã, sulfet de zinc reage cm xigêni frmand óxid e sulfat de zinc, dependend das cndições de peraçã d ustuladr. O prdut da ustulaçã segue para a etapa de lixiviaçã cm ácid sulfúric nde se btém um resídu cm elevad ter de prata. Cnsiderand a imprtância da recuperaçã da prata cntida nesse resídu, em 1987 a CPM realizu estuds em escala de labratóri que indicaram a viabilidade da cncentraçã desse element através d prcess de fltaçã. Utilizand s resultads desse estud fi dimensinada e instalada, n cmplex industrial de Juiz de Fra, uma unidade de fltaçã da prata em células mecânicas, cnstituída das etapas rugher, scavenger e três cleaner, nde fram btids cncentrads cm ter médi de 19,7 kg/t e recuperaçã de apenas 49,4% de prata. A intrduçã da cluna n prcess de cncentraçã pr fltaçã significu um avanç na indústria mineral ns últims ans. Aplicada principalmente na cncentraçã de minéris cm granulmetria fina e em estágis de limpeza, a cluna de fltaçã apresenta vantagens significativas quand cmparadas às células mecânicas principalmente n que se refere a melhraments metalúrgics, simplificaçã de circuits e ganhs em cust peracinal e de capital (Finch, J. A, Dbby, G. S., 1989). Em funçã diss e devid às características desse resídu, u seja, distribuiçã granul métrica extremamente fina (- 50% abaix de 1 O J.Hn), ph inferir a 1,O e presença de íns prej udiciais à fltaçã, em 1993 a CPM cntratu a equipe de Tecnlgia Mineral d Centr de Desenvlviment da Tecnlgia Nuclear (CDTN) para desenvlver um estud visand elevar s níveis de recuperaçã de prata através da técnica de fltaçã em cluna. Os resultads desse estud levaram à implantaçã de uma cluna industrial em substituiçã a circuit de fltaçã em células mecânicas. Apresenta-se neste trabalh s resultads btids n estud pilt e na cluna industrial a lng ds ans de peraçã, cm ênfase na situaçã atual, demnstrand a imprtância da aplicaçã da técnica de fltaçã em cluna para recuperaçã da prata cntida n resídu da lixiviaçã. ) ) 28

3 DESENVOLVIMENTO A Cmpanhia Paraibuna de Metais (CPM) prduz zinc metálic a partir de cncentrads de zinc sulfetad, através ds prcesss pir e hidrmetalúrgic, u seja, ustulaçã, lixiviaçã, purificaçã d licr, eletrólise da sluçã purificada, fundiçã e mldagem d zinc (Magalhães Filh W., Almeida, A. L., 1987). A etapa inicial d prcess cnsiste na ustulaçã, u seja, a transfrmaçã d sulfet de zinc em uma frma slúvel em ácids, n cas óxid de zinc. Nessa etapa, realizada em um reatar de leit fluidizad, as partículas d cncentrad sã cntactadas cm gás xigêni em elevada temperatura, acarretand a fnnaçã de óxid de zinc (ZnO), cnfrme apresentad na equaçã 1. Dependend das cndições de peraçã d ustuladr prcess de ustulaçã pde também levar à frmaçã de sulfat, frma também slúvel (equaçã 2). 2 ZnS(s) (g) = 2 ZnO (s) + 2 S0 2 (g) ZnS(s) (g) = ZnS0 4 (s) (1) (2) Em funçã da atmsfera xidante da ustulaçã, pde-se esperar que s demais elements presente.s n minéri tenham reagid também cm xigêni. Assim, cbre estará presente n ustulad principalmente na frma de CuO, chumb cm PbO e PbS0 4 e a prata, inicialmente presente n cncentrad cm Ag 2 S, transfrmada em prata metálica, Ag 2 0 e Ag 2 S0 4. Entretant, cas a ustulaçã nã seja cmpleta, parte da prata e d chumb pderá ser mantida na frma de sulfets. A lixiviaçã é uma peraçã que se baseia n cntat de um sólid cm uma sluçã ácida u alcalina, visand a dissluçã seletiva de um ds cmpnentes d sólid. N cas d prcessament d zinc, essa etapa pssibilita a btençã de uma sluçã cntend sulfat de zinc. Entretant, cm a lixiviaçã nã é I 00% seletiva, utrs metais presentes n cncentrad, tais cm ferr, cádmi, cbre, chumb e prata sã também slubilizads. Diss resulta a necessidade de purificar licr resultante, para a btençã de uma sluçã de zinc pura. Após a primeira etapa de lixiviaçã, denminada lixiviaçã neutra, é realizada a separaçã sólidlíquid, btend-se uma sluçã rica em zinc, que vai para as etapas de purificaçã, e resídu d prcess, a lama resultante, cntend zinc nã lixiviad, chumb e prata, principalmente. A lama btida é entã enviada para duas etapas em série de lixiviaçã ácida nde é btid um resídu ric em chumb e prata. Em 1987, a CPM caracterizu resídu da lixiviaçã ácida utilizand métds de difraçã de rais X e micrssnda eletrônica. Em 1999 fram realizads nvs estuds de caracterizaçã desse material utilizand uma micrssnda eletrônica JEOL JXA8900RL, cm imagens de elétrns retrespalhads e secundáris a 15-20Kv, tend sid btid resultads similares. Fram também realizadas imagens de rais X para pesquisar regiões cm cncentrações de prata na amstra e micranálises qualitativas e quantitativas pr espectrmetria de dispersã de energia (EDS) para definir a fase mineral prtadra de prata (Chula, A. M. D, 1999). Os resultads da primeira caracterizaçã d resídu da lixiviaçã fram utilizads cm base para desenvlviment de um estud de fltaçã em escala de labratóri realizad pela equipe técnica da CPM, que resultu na implantaçã de um circuit de fltaçã de prata cnstituíd das etapas rugher, scavenger e três cleaner em células mecânicas. Cnsiderand sucess das clunas de fltaçã aplicadas à cncentraçã de minéris cm granulmetria fina e em estágis de limpeza e as características desse resídu, em 1993 fi realizad um estud visand elevar s níveis de recuperaçã de prata através desta técnica. 29

4 Interface Agua de Lavagem l Alimentaçã :,..;.. Aeradr Nã Fltad ' Fltad T ZONA OE LIMPEZA ZONA DE COLET A OU RECUPERAÇÀO Uma representaçã esquemática de uma cluna de fltaçã, tal cm a utilizada na épca, está apresentada na Figura O I. A plpa é alimentada a aprximadamente dis terçs da altura ttal da cluna na zna de recuperaçã u cleta. As partículas minerais interagem cm flux de ar ascendente, intrduzid na base da cluna, resultand n prcess de cleta das partículas hidrfóbicas. O agregad partículablha frmad é entã transprtad até a zna de espuma, nde crre um empactament de blhas, que sã cntactadas em cntracrrente pela água de lavagem intrduzida n tp da cluna. A água de lavagem tem pr bjetiv prmver a estabilidade e limpeza da espuma, eliminand as partículas arrastadas mecanicamente. Assim send, as partículas minerais hidrfóbicas cletadas cnstituem a fraçã fltada, send separadas das partículas hidrfilicas, que saem pela base da cluna e cnstituem a fraçã nã fltada (Luz, A. B. et ali Editres, 2002). N estud pilt fi utilizada uma cluna cm 5,2 cm de diâmetr e altura ttal de 600 cm, send 180 cm a distância Figura Ol- Representaçã esquemática da d pnt de alimentaçã da plpa a transbrd da cluna. cluna de fltaçã Cm resultad desse estud, uma cluna de tltaçã cm I 00 cm de di âmetr e altura ttal de cm, send 200 cm d pnt de alimentaçã de plpa a transbrd da cluna, fi implantada em 1995, em substituiçã a circuit cnstituíd de células mecânicas. Desde entã essa cluna vem send respnsável pela cncentraçã da prata cntida n resídu da lixiviaçã ácida, apresentand um desempenh metalúrgic superir a btjd em escala pilt. RESULTADOS E DISCUSSÃO A caracterizaçã d resídu da lixiviaçã ácida mstru que a prata está principalmente na frma de sulfet, identificad cm argentita (Ag 2 S). Tds s espectrs de EDS da argentita apresentaram quantidades variáveis de zinc e enxfre, indicand que parte d zinc presente na alimentaçã da cluna de fltaçã da prata pde estar na estrutura desse mineral. Além desses elements a argentita apresenta impurezas de Fe, Pb e Mn e crre nrmalmente em grãs mists, via de regra assciada cm esfalerita (ZnS) e/u anglesita (PbS0 4 ) e, espradicamente, cm argilminerais. Além diss, fi também identificada a presença de ferr na frma de jarsita (KFe 5 (S0 4 h(oh) 6 ), send esta a principal respnsável pelas perdas de prata n rejeit da fltaçã. Os resultads d estud pilt de fltaçã em cluna realizad em 1993 estã apresentads n balanç de massa da Figura 02 e mstram que, utilizand apenas uma cluna, fi btid um cncentrad final cm ter de 26,2 kg/t e recuperaçã de 61,2% de prata, a partir de uma alimentaçã cm ter de 1.530,3 g/t de prata (Aquin, J. A., Paula Júnir, W. E, 1993). As cndições utilizadas para btençã destes resultads fram: 30

5 dsagem de sulfet de sódi: 205,0g/t dsagem de amil xantat de ptássi: 306,2 g/t dsagem de fltanl: 30,9 g/t temp de residência na cluna: 12,1 min velcidade superficial d ar: 2,0 cm/s ph da plpa: 1,79 Água de Lavagem r- (7,06 L/h) Alimentaçã 24297,6 1530,3 100, ,9 21,91 100, ,3 35,5 100,0 LEGENDA FLUXO Vazã de Ter de Dist.de Sl. (g/h) Ag (g/t) Ag(%) Vazã de Ter de Dist. de plpa (g/h) Vazã de % Dist. de pl. (muh) Sólids sl.(%) CN-2 Rejeit Final 23428,0 616, ,0 22, ,6 32,5 38,8 99,6 96,4 Figura 02- Balanç de massa d circuit pilt de fltaçã de prata em cluna Cm base nesses resultads a Equipe de Tecnlgia Mineral d CDTN dimensinu uma cluna industrial cm capacidade para 5 t/h de alimentaçã de sólids. As dimensões definidas para a cluna estã apresentadas na Tabela 01. Tabela 01- Especificações da cluna industrial Diâmetr (cm) 100 Seçã de recuperaçã 823 Altura (cm) Seçã de Limpeza 200 Ttal Material de cnstruçã Aç inxidável AISI 316 Geradr de blhas de ar Lanças perfuradas Sistema de aeraçã Água e ar sb pressã Nas Figuras 03 a 05 estã ap resentadas fts mstrand uma vista geral da cluna e s detalhes ds sistemas de lavagem da espuma e a imagem d transbrd de espuma na cluna, respectivamente. 31

6 ) Figura 04- Detalhe d sistema de lavagem da espuma Figura 03 - Vista da cluna de fltaçã industrial Figura 05- Imagem d transbrd de espuma A filsfia de autmaçã dessa cluna cnsiste basicamente d cntrle d nível da interface plpa espuma e das vazões de ar e de água de lavagem e da mnitraçã da vazã da água e pressã d sistema de geraçã de blhas. Para cntrle d nível da interface s sinais prvenientes de dis sensres de pressã instalads na cluna sã prcessads em um cntrladr digital CD-600 que atua sbre uma válvula Pinch instalada na saída da fraçã nã fltada. Além diss, s sinais desses dis sensres sã utilizads para cálcul d valr d hld up d ar na seçã de recuperaçã. Em 1995 as equipes técnicas da CPM e de Tecnlgia Mineral d CDTN realizaram start up dessa unidade envlvend testes de estanqueidade, aferiçã e calibraçã ds instruments, inspeçã da instalaçã e testes de prcess. Além diss, fi também realizad um curs de treinament ds peradres cm aulas teóricas e práticas. Os resultads médis de tds s testes de prcess realizads durante essa fase da pré-peraçã fram superires as btids n estud pilt, u seja, ter de ,0 g/t e recuperaçã de 66,2% de prata a partir de uma alimentaçã cm ter médi de 2.400,0 g/t de prata. Utilizand esses resultads fram realizads estuds de simulaçã cm bjetiv de avaliar efeit das variações na cinética de fltaçã, ter de prata da alimentaçã e altura da zna de recuperaçã da cluna sbre ter e a recuperaçã de prata, cm diferentes taxas de alimentaçã de sólids. A partir ds resultads dessa simulaçã fram realizads nvs ajustes nas cndições peracinais e de prcess da unidade industrial de fltaçã em cluna. Os resultads ds ans de 1998 a 2000, cnsiderads representativs d desempenh da unidade industrial de fltaçã de prata da CPM, estã apresentads na Figura 06 e mstram que nesse períd fram 32

7 btids cncentrads cm um ter médi de ,5 g/t e recuperaçã de 80,9% de prata a partir de uma alimentaçã cm ter médi de 2.675,1 g/t de prata c Cl ~ < Cl Cll : "O Cl,..., <... Cll RS "O Cll c.. Cll :I 1- Cll a:: Mês Figura 06 -Ter e recuperaçã de prata btid d cncentrad ns ans de 1998 a 2000 Embra s resultads médis tenham sid satisfatóris, a variabilidade pde ser cnsiderada elevada e para reduzi-la, em 2001 fi desenvlvid um prgrama de avaliaçã d desempenh peracinal dessa unidade industrial. Esse prgrama cntemplu basicamente levantament ds dads histórics da cluna, estabeleciment de crrelações entre as cndições de prcess e peracinais praticadas e s respectivs resultads, a inspeçã das cndições peracinais e ds sistemas de instrumentaçã e cntrle da unidade, a recnfiguraçã d cntrladr digital CD 600 e a cleta de nvs dads a partir da instalaçã revisada. A avaliaçã ds parâmetrs peracinais da cluna mstru que a principal causa de variaçã era a falta de calibraçã ds equipaments de medida d flux de ar e de cntrle da altura da camada de espuma, entupiment ds aeradres e acúmul de material sólid na base da cluna. A partir dessa investigaçã a equipe técnica da CPM passu a fazer a manutençã e calibraçã periódica ds equipaments de medida e cntrle da cluna. Além diss, para acmpanhament d transbrd da plpa fi instalada uma câmara digital na parte superir que transmite imagens da cluna para um mnitr na sala de cntrle. Esses ajustes peracinais prprcinaram uma reduçã na variabilidade ds resultads e cnsequentemente um aument n valr médi de recuperaçã de prata. Após as crreções realizadas pel prgrama de avaliaçã da unidade e instalaçã da câmara fram cletads mais dads pr um períd 40 semanas entre s meses de janeir e utubr de 2004, cujs resultads, apresentads na Figura 07, mstram que fram btids cncentrads cm teres de prata variand entre 14,1 e 27,6 kg/te recuperaçã entre 68,9 e 79,6%. As cndições médias utilizadas na cluna industrial fram as seguintes: dsagem de sul fet de sódi: 300 g/t dsagem de amil xantat de ptássi: 300 g!t dsagem de fltanl: 30 g/t ph da plpa: I,2 33

8 ~ Cl <t Cl> 60 "O IC'a <>... ra 40 Cl> c. :J Cl> 0:: Recu era ã Ter 01/03 02/03 03/03 04/03 05/03 06/03 07/03 08/03 09/03 10/03 Mês ~ Cl 60 :.. Cl <t Cl> "O Cl> Figura 07- Ter e recuperaçã de prata n cncentrad da cluna n períd de janeir a utubr de 2003 CONCLUSÕES A Cmpanhia Paraibuna de Metais (CPM) prduz zinc metálic a partir de cncentrads de zinc sulfetad imprtads. O resídu da lixiviaçã d prdut da ustulaçã desses cncentrads é ric em prata e chumb. Em funçã diss, na década de 80 a CPM implantu um circuit industrial de cncentraçã da prata cnstituíd das etapas rugher, scavenger e três cleaner em células mecânicas. Cnsiderand que resídu de prata é extremamente fin ( ~ 50% -1 O f..lm) e apresenta uma acidez elevada (ph "" 1,0), em 1993 a equipe de Tecnlgia Mineral d CDTN estudu a aplicabilidade da técnica de fltaçã em cluna para aprveitament desse material. Os resultads desse estud fram utilizads para dimensinament de uma cluna industrial cm capacidade de 5 t/h em substituiçã a td circuit de fltaçã em células mecânicas. Essa cluna, implantada desde 1995, vem recuperand a prata cntida n rejeit da lixiviaçã _btend cncentrads cm ter de prata entre 14,1 e 27,6 kg/te recuperações de 68,9 a 79,6%. Esses resultads demnstram a imprtância da técnica de fltaçã em cluna para recuperaçã da prata cntida em resídus fins. REFERÊNCIA BIBLIOGRÁFICA AQUINO, J. A., PAULA JÚNIOR, W. E., Estud de fltaçã em Cluna cm Resídu Chumb-Prata da CPM, Relatóri CDTN, CHULA, A. M. D., Caracterizaçã de Prata em Minéri de Chumb e Zinc da Cmpanhia Paraibuna de Metais, Relatóri Técnic, CDTN, FINCH, J. A, DOBBY, G. S. Clumn Fltatin. Printed in Grain Britain by BPCC Wheatns Ltd, Exerter, July p. LUZ, A. B. et ali Editres. Tratament de Minéris. Ri de Janeir: CETEM/CNPq, LUZ, I. L. 0., AQUINO, J. A., OLIVEIRA, M. L. M., SCALDAFERRI, D. H. B., Prjet da Unidade Industrial de Fltaçã em Cluna da CPM, MAGALHÃES FILHO W., ALMEIDA, A. L. Estud da Cncentraçã d Resídu Chumb-Prata na CPM através da Fltaçã, Relatóri Técnic, CPM, OLIVEIRA, M. L. M., SANTANA, D. C., FERNANDES, M. D., LUZ, l. L. 0., PAULA JÚNIOR, W. E., Pré Operaçã da Unidade Industrial de F1taçã em Cluna d Resídu de Prata da Cmpanhia Paraibuna de Metais, Relatóri CDTN,