CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA NO APROVEITAMENTO DO REJEITO DE MINÉRIO DE FERRO

Transcrição

1 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MINERAL CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA NO APROVEITAMENTO DO REJEITO DE MINÉRIO DE FERRO AUTOR: MARCOS ANTÔNIO GOMES ORIENTADOR: PROF. DR. CARLOS ALBERTO PEREIRA ÁREA DE CONCENTRAÇÃO: TRATAMENTO DE MINÉRIOS E RESÍDUOS Proposta apresentada ao Programa de Pós- Graduação em Engenharia Mineral do Departamento de Engenharia de Minas da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto, como parte integrante dos requisitos para obtenção do título de Mestre em Engenharia Mineral, área de Tratamento de Minérios e Resíduos. Ouro Preto Dezembro/2009

2 UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO CURSO DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA MINERAL MARCOS ANTÔNIO GOMES CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA NO APROVEITAMENTO DO REJEITO DE MINÉRIO DE FERRO Dissertação apresentada ao curso de Pós- Graduação em Engenharia Mineral do Departamento de Engenharia de Minas da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto. Área de Concentração: Engenharia Mineral Orientador: Prof. Carlos Alberto Pereira Ouro Preto Dezembro/2009 ii

3 G633c Gomes, Marcos Antonio. Caracterização tecnológica no aproveitamento do rejeito de minério de ferro [manuscrito] / Marcos Antonio Gomes xi, 88 f.: il., color.; grafs., tabs., mapas. Orientador: Prof. Dr. Carlos Alberto Pereira. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Departamento de Engenharia de Minas. Programa de Pós-graduação em Engenharia Mineral. Área de concentração: Tratamento de minérios. 1. Minérios de ferro - Teses. 2. Resíduos - Teses. 3. Determinação mineralógica - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto. II. Título. CDU: Catalogação: sisbin@sisbin.ufop.br

4 AGRADECIMENTOS O autor agradece a Deus e a todos que colaboraram de alguma forma na elaboração deste trabalho, mas em especial: Ao professor Carlos Alberto Pereira, pela valiosa orientação. Ao professor Toninho Peres, pelas orientações técnicas e pelo incentivo constante. Aos colegas da Unidade de Córrego do Feijão, pelo apoio e pela amizade. Ao meu filho Gustavo, pela alegria. A minha esposa Kellen pelo carinho, apoio e paciência. Ao amigo Alessandro Rezende, pelo incentivo e pelas trocas de informações. iii

5 SUMÁRIO 1. INTRODUÇAO OBJETIVO MINA DE CÓRREGO DO FEIJÃO REVISÃO BIBLIOGRÁFICA MINÉRIOS DE FERRO ASPECTOS GERAIS MINERALOGIA E CLASSIFICAÇÃO DOS DEPÓSITOS NO BRASIL MINERAIS PORTADORES DE FERRO PRINCIPAIS MINERAIS DE GANGA BENEFICIAMENTO DO MINÉRIO DE FERRO MÉTODOS DE CONCENTRAÇÃO ATUALMENTE USADOS NO BRASIL DESLAMAGEM FLOTAÇÃO, SEPARAÇÃO MAGNÉTICA ESTUDOS DE CONCENTRAÇÃO DE REJEITOS RESERVAS MUNDIAIS, PRODUÇÃO, EXPORTAÇÃO E IMPORTAÇÃO BRASILEIRA DE MINÉRIO DE FERRO E PRODUTOS MANUFATURADOS CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINÉRIOS MATERIAIS E METODOLOGIA RESULTADOS E DISCUSSÕES CONCLUSÕES SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS...66 ANEXOS...71 iv

6 LISTA DE FIGURAS Figura 4.1: Localização da Mina de Córrego do Feijão. Figura 4.2: Seção geológica esquemática da jazida de Córrego do Feijão. Figura 4.3: Vista geral da Mina de Córrego do Feijão. Figura 4.4: Fluxograma do processo de beneficiamento do minério de ferro da Unidade de Córrego do Feijão. Figura 4.5: Construção de barragens de rejeito: método da montante (upstream). Figura 5.1: Célula mecânica de flotação. Figura 5.2: Coluna de flotação. Figura 5.3: Concentrador magnético de tambor. Figura 5.4: Desenho esquemático do concentrador magnético de tambor. Figura 5.5: Separador magnético Ferrous Wheel. Figura 5.6: Concentrador magnético tipo Jones. Figura 5.7: Desenho esquemático do concentrador magnético tipo Jones. Figura 5.8: Desenho esquemático do separador magnético SLon. Figura 6.1: Plataforma para sondagem de rejeito na barragem em região contendo água. Figura 6.2: Conjunto moto-bomba para sondagem de rejeito na barragem. Figura 6.3: Detalhe do trépano, à esquerda e do trado helicoidal à direita. Figura 6.4: Sondagem na barragem de rejeito em região de praia. Figura 6.5: Disposição dos furos de amostragem na barragem I de rejeito. v

7 Figura 6.6: Mineralogia das amostras 01 e 02 dos finos da barragem I. Figura 6.7: Susceptibilidade magnética das amostras 01 e 02 dos finos da barragem I. Figura 6.8: Fluxograma de preparação das amostras. Figura 7.1: Porcentagem passante em 0,045mm das amostras dos furos de sondagem da barragem I. Figura 7.2: Divisão dos domínios dos finos dos furos de sondagem da barragem I. Figura 7.3: Distribuição granulométrica dos furos do domínio dos grossos. Figura 7.4: Distribuição do teor de ferro em frações dos furos do domínio dos grossos. Figura 7.5: Distribuição granulométrica do furo de sondagem SPL 23. Figura 7.6: Distribuição granulométrica do furo de sondagem SPL 02. Figura 7.7: Distribuição dos furos de sondagem do domínio dos grossos. Figura 7.8: Distribuição dos furos de sondagem do domínio dos finos. Figura 7.9: Distribuição granulométrica do furo de sondagem SPL 19. Figura 7.10: Distribuição do teor de ferro do furo de sondagem SPL 19. Figura 7.11: Distribuição dos domínios dos furos de sondagem da barragem I. Figura 7.12: Disposição dos furos geotécnicos (SPT) e de sondagem (SPL) da barragem I. Figura 7.13: Perfil das seções 03 e 04 dos furos geotécnicos e de sondagem da barragem I. Figura 7.14: Fluxograma das etapas de concentração dos finos - Rota I. Figura 7.15: Fluxograma das etapas de concentração dos finos - rota II. vi

8 LISTA DE TABELAS Tabela 4.1: Especificação dos produtos da Unidade de Córrego do Feijão. Tabela 5.1: Resumo dos resultados dos ensaios de concentração. Tabela 5.2: Reserva e produção mundial de minério de ferro. Tabela 5.3: Produção, exportação, importação e consumo de minério no Brasil. Tabela 6.1: Informações dos furos de sondagem na barragem I de rejeito. Tabela 6.2: Porcentagem da massa das parcelas afundado e flutuado da deslamagem. Tabela 7.1: Análise granulométrica e química das amostras dos furos de sondagem da barragem I. Tabela 7.2: Teores médios, em %, dos furos do domínio dos grossos homogêneos. Tabela 7.3: Teores médios, em %, dos furos do domínio dos grossos heterogêneos. Tabela 7.4: Teores médios, em %, dos furos do domínio dos finos. Tabela 7.5: Teores médios dos furos do domínio dos finos. Tabela 7.6: Rota I de concentração dos finos da barragem I. Tabela 7.7: Rota II de concentração dos finos da barragem I. Tabela 7.8: Resultado da qualidade da separação magnética da fração -1,0+0,15mm - Rota I. Tabela 7.9: Resultado da qualidade média da separação magnética da fração -1,0+0,15mm - Rota I. Tabela 7.10: Resultado da qualidade da deslamagem e flotação da fração -0,15mm - Rota I. Tabela 7.11: Resultado da qualidade global da deslamagem e flotação da fração -0,15mm - Rota II. vii

9 Tabela 7.12: Resultado da qualidade da separação magnética da fração -1,0+0,15mm - Rota II. Tabela 7.13: Resultado da qualidade média da separação magnética da fração -1,0+0,15mm - Rota II. Tabela 7.14: Resultado da Rota I. Tabela 7.15: Resultado da rota II. viii

10 LISTA DE ABREVIATURAS IBR Instalação de britagem. ITM Instalação de tratamento de minérios. PF Perda ao fogo. ppb Partes por bilhão. PPC Perda por calcinação. ppm Partes por milhão. ROM Run of mine. WDRE Wet drum rare earth. WHIMS Wet high intensity magnetic separator. ix

11 RESUMO Este trabalho investigou a possibilidade de se produzir concentrado de minério de ferro que atendesse às especificações químicas de pellet feed para utilização em alto forno a partir do rejeito estocado na barragem I, proveniente da usina de tratamento de minério da mina de Córrego do Feijão. O volume estimado com o fim da vida útil da barragem, previsto para 2010, é de 20 Mt. Na caracterização tecnológica das amostras, estão apresentadas análises granulométricas por peneiramento a úmido, análises químicas por espectrometria de plasma, e análise mineralógica por difração de raios-x. De posse das análises de caracterização foram executados ensaios tecnológicos. Foram realizados ensaios de concentração magnética, deslamagem, classificação e flotação em escala de bancada. De acordo com a distribuição granulométrica dos finos do minério de ferro, 91,79% das partículas encontra-se abaixo de 0,150mm e 58,81% abaixo de 0,045mm. A amostra apresenta teores médios (calculado) de 48,08% de Fe, 20,58% de SiO 2, 3,16% de Al 2 O 3. Os minerais de ferro identificados na amostra global foram hematita, martita, magnetita e goethita. Os minerais de ganga identificados foram quartzo, gibbisita e caolinita. A qualidade química e recuperação em massa atendem a premissa do trabalho, mesmo sem maiores otimizações. A melhor opção de concentração estudada consistiu na utilização de separação magnética. O concentrado apresentou teor de Fe de 67,54%, SiO 2 de 1,50% para uma recuperação em massa de 68,00% e metalúrgica de 90,81%. x

12 ABSTRACT In this work is presented the characterization of the fines, stocked in I dam as tailing, proceeding from the ore treatment iron of the plant of the Córrego do Feijão mine, that in the year of 2008 had been generated 1,479,157 t. In the technological characterization of the samples, are presented size distribution by humid sieving, chemical characterization by plasma spectrometry, and mineralogical characterization by X-ray diffraction. Of ownership of the technological characterization had been executed technological assays. Rehearsals in bench scale for magnetic concentration, desliming, classification and flotation. It was observed that 91.79% of sample particles were -0,150mm and 58.81% -0,045mm. The sample presents average grade (calculated) 48.08%, 20.58% and 3.16% of the Fe, SiO 2 and Al 2 O 3, respectively. The iron minerals of identified in the global sample had been hematite, martite, magnetite and goethite. The gangue minerals identified had been quartz, gibbisite and caolinite. The chemical quality and mass recovery obtained in the present work can be considered as satisfactory regarding the objectives on the research. The best option of studied concentration consisted of the use of magnetic separation. The concentrate presented grade of Fe of 67.54%, SiO 2 of 1.50% and mass and metallurgical recovery of 68.00% and 90.81%, respectively. xi

13 1 1. INTRODUÇAO O impacto ambiental gerado pelo setor mineral, particularmente o visual, é grande, porque é de fácil verificação e até mesmo constatação, particularmente nas minas e atividades extrativas a céu aberto (Reis & Barreto, 2001) e Resende (2009). A preocupação com a conservação ambiental tem levado cada vez mais ao aproveitamento de rejeitos de mineração, quer pelo emprego de novas tecnologias de beneficiamento destes minérios de teores mais pobres ou pela utilização dos mesmos para outras aplicações. Sem dúvida alguma, para a verificação da possibilidade do aproveitamento destes rejeitos faz-se necessária a caracterização tecnológica dos mesmos (caracterização mineralógica, granulométrica, química e ensaios tecnológicos específicos para um determinado emprego) (Reis, 2005). A caracterização tecnológica de minérios é uma etapa fundamental para o máximo aproveitamento de um recurso mineral. É um ramo especializado aplicado ao beneficiamento de minérios que estuda aspectos específicos da mineralogia dos minérios e as informações obtidas são utilizadas para o desenvolvimento e otimização de processos (Gomes, 1984). A caracterização, até bem pouco tempo, era pouco aplicada a rejeitos de usinas de beneficiamento de minérios, sendo esses descartados sem maiores conhecimentos de suas características físicas, químicas e mineralógicas e de sua resposta a processo de refino. Nos últimos anos, isto vem mudando, não só pela maior preocupação com questões ambientais, como também, em alguns casos, devido à escassez do minério e à depleção de reservas, com a conseqüente diminuição dos teores das minas (Borges, 2008). Dentro desse contexto, esse trabalho apresenta a caracterização tecnológica do rejeito de minério de ferro estocado na barragem, onde gera uma quantidade expressiva de finos. No ano de 2008, para uma produção de t de produtos, foram gerados t de rejeitos, estimando-se em 20Mt, ao fim de sua vida útil previsto para 2010.

14 2 2. OBJETIVO O objetivo do trabalho é: - caracterizar as amostras do rejeito proveniente da concentração de finos da usina de tratamento de minério de ferro da Mina de Córrego do Feijão, dispostos na barragem I; - verificar a possibilidade de concentração deste rejeito para obtenção de produtos, enquadrando-os dentro de especificações para aplicações na indústria metalúrgica. Desta forma o trabalho envolve: Caracterização química e granulométrica; Caracterização mineralógica; Ensaios em escala de bancada para separação magnética, deslamagem e flotação.

15 3 3. RELEVÂNCIA E JUSTIFICATIVA A preocupação com a conservação ambiental tem levado cada vez mais ao aproveitamento de rejeitos de mineração, quer pelo emprego de novas tecnologias de beneficiamento destes minérios de teores mais pobres ou pela utilização dos mesmos para outras aplicações. Sem dúvida alguma, para a verificação da possibilidade do aproveitamento destes rejeitos faz-se necessária a caracterização tecnológica dos mesmos (caracterização mineralógica, granulométrica, química e ensaios tecnológicos específicos para um determinado emprego) (REIS, 2005). A aplicação de processos de concentração é necessária, pois pode vir a aumentar os potenciais aproveitamentos diretos dos rejeitos. Há ainda a possibilidade de obtenção de produtos dentro de especificações comerciais para as aplicações a que os minérios costumeiramente se destinam. Mas o método de concentração aplicado deve ser economicamente viável, devido ao baixo valor agregado a rejeitos. São importantes, portanto, projetos para a caracterização dos rejeitos, e então a identificação e desenvolvimento de potencias aplicações dos mesmos (REIS, 2005). O processamento do minério de ferro da Unidade de Córrego do Feijão gera uma quantidade expressiva de finos. No ano de 2008, para uma produção de t de produtos, foram gerados t de rejeitos, que são estocados na barragem I, gerando um grande volume, estimado em t, ao fim de sua vida útil previsto para Logo, é de extrema importância do ponto de vista ambiental e econômico um estudo de caracterização, visando o aproveitamento destes rejeitos.

16 4 4. MINA DE CÓRREGO DO FEIJÃO A Mina de Córrego do Feijão está localizada próxima à cidade de Brumadinho - MG, a 50 km de Belo Horizonte (Figura 4.1). A atividade de mineração em Córrego do Feijão começou em 10/08/1923 com a implantação da Companhia Brasileira de Mineração e Metalurgia e em 10/04/1924 houve a mudança do nome da Empresa para Companhia de Mineração de Ferro e Carvão, e em 08/02/1973 houve novamente a mudança do nome da Empresa para Ferteco Mineração S.A. e em 27/04/2001 aquisição do controle acionário da Ferteco pela Vale. Figura Localização da Mina de Córrego do Feijão. A jazida de Córrego do Feijão constitui-se por hematitas friáveis e compactas, correlacionáveis à base da Formação Cauê (Grupo Itabira). Subsidiariamente ocorrem itabiritos silicosos (Figura 4.2). A gênese do minério friável está relacionada à alteração (lixiviação) de rochas ricas em carbonato e ferro. As hematitas compactas foram geradas por processo hidrotermal durante o final da fase diagenética ou início da fase metamórfica.

17 5 Os principais controles estruturais são dobras de eixos orientados para leste e caimento mediano. Essas estruturas aumentam a espessura do minério e orientam os contatos com as rochas encaixantes. As hematitas caracterizam-se por teores de ferro da ordem de 67%. Os itabiritos silicosos apresentam com teores em ferro da ordem de 62%. Ao sul, uma falha normal de alto ângulo (caimento para norte) assume elevada importância no controle do jazimento. As encaixantes constituem-se por itabiritos anfibolíticos da própria Formação Cauê ao topo (norte) e filitos da Formação Batatal na base (sul). Lateralmente o jazimento é limitado por diques e falhas (leste) ou associação de dobra e falha (oeste). Ocorrem na região ainda gnaisses do embasamento (Complexo Bonfim) e rochas da Formação Gandarela e Grupo Piracicaba. Há ainda um jazimento secundário (rolados) constituído por conglomerado com blocos de hematita e itabirito em meio a matriz argilosa. O teor em ferro desse material é da ordem de 64%. Esse jazimento está orientado na direção N-S e apresenta variações significativas na proporção de matriz. Quanto à mineralogia, predominam hematitas martiticas com magnetitas relictuais. A lavra é a céu aberto em encosta e cava com bancos de dez metros de altura. Utilizamse equipamentos de transporte de 38 t e de carga de 20 t. A Figura 4.3 mostra a visão geral da Mina de Córrego do Feijão.

18 6 Figura Seção geológica esquemática da jazida de Córrego do Feijão Cava IBR Barragem VI Barragem I Depósito Rolados (água) (rejeito) ITM Terminal de Carregamento Figura 4.3 Vista geral da Mina Córrego do Feijão. O beneficiamento do minério acontece na Instalação de Britagem (IBR) e na Instalação de Tratamento de Minério (ITM), onde as plantas operam uma parte do tempo com hematita e outra com itabirito limonítico.

19 7 Na IBR consideram-se as etapas de britagem primária, secundária e peneiramento, enquanto que na ITM consideram-se as etapas de peneiramento e classificação em classificadores em espiral, a deslamagem durante a campanha de hematita e a concentração magnética durante a campanha de itabirito limonítico (ITL). Para as etapas de britagem primária, secundária, terciária, peneiramento e classificação em classificadores em espiral a rota para o tratamento da hematita e do itabirito limonítico (ITL) é a mesma. A ITM recebe o material da IBR abaixo de 75 mm através de transportador de correia e/ou equipamentos móveis (caminhões e pá carregadeira) e é composta em sua etapa de classificação por duas linhas que operam de forma independente sendo cada uma composta de: silo, alimentador de correia, peneira vibratória linear de duplo deck, peneira vibratória banana de duplo deck, classificadores em espiral, peneira desaguadora e bombeamento da fração 0,5 mm. O material dos silos de alimentação é extraído através de dois alimentadores de correia e é direcionado através de transportadores de correia para as peneiras, de onde o over size do primeiro deck (fração +35 mm) é direcionado por transportadores de correias até a etapa de britagem terciária. O material retido no segundo deck das peneiras lineares, fração ( 35 mm + 6,3 mm) é direcionado por gravidade para as peneiras banana. Desta peneira o oversize do primeiro deck fração ( mm) é direcionado por transportadores de correia para a pilha de estocagem do produto denominado granulado. O oversize do segundo deck deste peneiramento fração ( 10 mm + 6,3 mm) é direcionado por transportadores de correia para a pilha de estocagem do produto denominado hematitinha. O undersize (-6,3 mm) das peneiras lineares e bananas, é direcionado por gravidade para os classificadores em espiral de 54 e 78 que tem a função de realizar a classificação em 1,0 mm. O underflow dos classificadores em espiral é direcionado por gravidade para as peneiras desaguadoras (0,5 mm), de onde o oversize é direcionado através de transportadores de correia para pilha de estocagem do produto denominado sinter feed.

20 8 O overflow dos classificadores em espiral junto com o undersize das peneiras desaguadoras são direcionados através de bombas de polpa para as etapas de deslamagem durante a campanha de hematita, em duas baterias de hidrociclones de 6 de diâmetro e de concentração magnética de média (WD) e alta intensidade (Jones) durante a campanha de ITL. Na campanha de hematita, na etapa de deslamagem, o underflow constitui produto final (concentrado) e é direcionado para as baias de decantação e desaguamento. O overflow é encaminhado (bombeado) para outras duas baterias de hidrociclones. Nesta segunda ciclonagem, o overflow constitui o rejeito final, bombeado para a barragem I. O underflow é direcionado para as baias de decantação e desaguamento. Na separação magnética, durante a campanha de itabirito limonítico, a fração 1,0 mm proveniente do overflow dos classificadores em espiral e a fração 0,5 mm proveniente do under size das peneiras desaguadoras são bombeados para o tanque agitador de onde o material é bombeado para uma etapa de concentração que é realizada em separadores magnéticos de média intensidade do tipo WDRE. O produto (concentrado) é bombeado para as baias de decantação e desaguamento. O rejeito é bombeado às baterias de hidrociclones. Na ciclonagem, o overflow é encaminhado, por gravidade, ao um sump e deste bombeado para a barragem I. O underflow é direcionado (bombeado) à peneira de proteção do separador magnético de alta intensidade Jones. Neste peneiramento, o oversize é direcionado, por arraste hidráulico e gravidade ao sump e bombeado para barragem I. O undersize é direcionado ao separador magnético Jones por gravidade. Ao se efetuar a separação magnética, o rejeito obtido é direcionado ao sump e deste bombeado para a barragem I. O intermediário ou médio é direcionado por gravidade, conforme orientação do processo, ao sump e deste bobeado para a barragem I como rejeito final ou como carga circulante na alimentação do Jones. O produto obtido (concentrado) é direcionado para as baias de decantação e desaguamento. A Figura 4.4 mostra o fluxograma de beneficiamento do minério de ferro da Unidade de Córrego do Feijão.

21 Figura Fluxograma do processo de beneficiamento do minério de ferro da Unidade de Córrego do Feijão. 9

22 10 A disposição de rejeito na barragem I teve seu início em 1974, onde todo material estava abaixo de 0,15mm. Em 2001, após a implantação dos separadores magnéticos WDRE apenas o rejeito dos mesmos foram direcionados para a barragem I. Atualmente o rejeito dos WDRE alimenta um separador magnético do tipo Jones, instalado em setembro de 2005, cujo rejeito deste é direcionado para a barragem I com uma taxa de 99 t/h, além do overflow da ciclonagem com uma taxa de 159 t/h. Tem-se também o oversize da peneira de proteção direcionado para a barragem I com uma taxa de 18 t/h, totalizando assim 276 t/h. Na barragem I, construída usando o método da montante (upstream), como mostrado na Figura 4.5, o rejeito é lançado sob a forma de spray bar ao longo de toda a sua extensão sob a orientação da geotecnia. Por questões de segurança estrutural trabalha-se com a formação de praia de no mínimo 100,0m do maciço. Figura 4.5 Construção de barragens de rejeito: método da montante (upstream). Na Tabela 4.1 abaixo estão apresentadas as especificações químicas e granulométricas dos produtos da Unidade de Córrego do Feijão. Tabela Especificações dos produtos da Unidade de Córrego do Feijão. Tipos Partição Produtos % Fe % SiO (%) 2 % P % AL 2 O 3 % Mn Distribuição Granulometrica (% Ret. Acumulado) + 31 mm + 19,0 mm + 12,5 mm + 6,3 mm + 1,0 mm + 0,15 mm - 0,045 mm Granulado 15 68,28 0,90 0,045 0,48 0,30 12,70 96,70 hematíticos Hematitinha 5 68,39 0,74 0,038 0,41 0,32 6,00 14,60 85,00 Sinter Feed 38 68,43 0,64 0,034 0,40 0,40 7,00 53,50 81,30 Pellet Feed 34 67,42 1,24 0,630 0,51 0,044 2,00 16,00 79,00 Granulado 18 66,14 2,14 0,044 1,41 0,14 12,00 91,00 Itabiríticos Hematitinha 6,2 65,66 2,45 0,047 1,61 0,16 6,00 13,80 85,00 Sinter Feed 34,5 64,93 3,69 0,051 1,46 0,22 8,60 58,00 83,80 Pellet Feed 18 67,28 1,76 0,034 0,65 0,14 1,30 16,50 79,00

23 11 5. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA 5.1. Minérios de Ferro Aspectos Gerais, Turrer (2004) O ferro é o quarto elemento mais abundante na crosta terrestre. Entre os metais só é superado pelo alumínio. Possui concentração na litosfera de 4,2% (WALDE, 1986). É maleável e dúctil, tem densidade específica de 7,87. Comparativamente a outros metais é um fraco condutor de eletricidade. É facilmente magnetizável em temperaturas baixas, porém sua magnetização se torna mais difícil com seu aquecimento, até que em 790ºC ocorre o desaparecimento desta propriedade, graças à transformação de ferro-α em ferro-β (CRISTIE & BRATHWAITE, 1997). A ocorrência de ferro nativo é rara, sendo encontrado somente em meteoritos, basaltos da ilha de Disko, a oeste da Groelândia, e sedimentos carbonáceos do Missouri, EUA (CRISTIE & BRATHWAITE, 1997). Normalmente ocorre associado ao dióxido de carbono, oxigênio, enxofre ou silício formando carbonatos, óxidos, sulfetos e silicatos, respectivamente Mineralogia e Classificação dos Depósitos no Brasil Minerais portadores de Ferro, Dana (1974) Hematita É o mais importante mineral de ferro e também o mineral de maior significado, encontrado nos minérios pré-cambrianos. Em termos químicos, a hematita é considerada como Fe 2 O 3 puro, com 69,94% de ferro e 30,06% de oxigênio. Apresenta dureza entre 5,5 e 6,5, e densidade 5,3. Goethita É um dos minerais mais comuns e se forma, sob condições de oxidação, como produto de intemperismo dos minerais portadores de ferro. Forma-se, também, como precipitado direto, inorgânico ou biogênico, sendo amplamente disseminado, como depósito em pântanos e fontes. Em termos químicos, a composição da goethita pode ser expressa da

24 12 seguinte forma: 62,9% de ferro, 27,0% de oxigênio e 10,1% de água. O manganês também pode ser encontrado em composições superiores a 5,0%. A goethita que ocorre nos minérios de ferro apresenta estrutura variável, que vai desde um material maciço até um material celular de cor amarelo-ocre. A dureza varia de 5,0 a 5,5 e densidade 4,3. As cavidades dos minérios de ferro são freqüentemente preenchidas com uma fina camada de goethita, que apresenta bandamento coloforme ou mamilar. Essas camadas sugerem deposição coloidal e essa estrutura é conhecida como goethita metacoloidal. A origem coloidal da maior parte da goethita presente nos minérios de ferro é responsável por importantes relacionamentos geoquímicos. Magnetita A magnetita é uma espinela (óxido duplo) e é componente essencial de muitas formações ferríferas. Em termos químicos, é usualmente considerada como Fe 3 O 4 puro com 72,4% de ferro e 27,6% de oxigênio. No entanto, as magnetitas naturais, em virtude da extrema flexibilidade da estrutura atômica da espinela contêm, usualmente, quantidades menores de elementos como o Mg, Mn, Zn, Al, Ti e outros na sua estrutura. Quase que universalmente, a magnetita tende a apresentar granulação média, comumente muito mais grossa que o quartzo, hematita e silicatos de ferro, com os quais coexiste. A magnetita normalmente ocorre como octaedros, em camadas que se alteram com camadas silicosas nas formações ferríferas. A oxidação a baixa temperatura, freqüentemente relacionada à lixiviação ou movimento do lençol d'água, usualmente converte o cristal de magnetita a grãos de hematita, conservando a morfologia octaédrica da magnetita. Essa forma de hematita é denominada martita, que é, portanto, pseudomorfa da magnetita. A martitização é um processo muito comum de formação de minério e é usualmente associada à disseminação das formações ferríferas bandadas, na produção dos minérios hematíticos. A magnetita é fortemente magnética e apresenta dureza 6,0 e densidade de 5,2. A magnetita é o óxido de ferro que, comparado com a hematita, é mais estável a alta temperatura e baixa pressão (Klein e Hurlbut, 1985; Ramdhor, 1980; Deer et al., 1981).

25 13 Limonita É principalmente usado como termo de campo para se referir a óxidos de ferro hidratados, de aspecto terroso, pobremente cristalino e de identidade incerta. É definida como sendo amorfa ou criptocristalina, de cor amarela, castanha, castanha alaranjada a negra amarronzada. É maciça, terrosa e ocasionalmente tem aspecto vítreo. Apresenta dureza de 4,0 a 5,5 e densidade de 2,7 a 4,3. Em termos químicos, após uma redefinição do termo e mudança na fórmula clássica, passou de FeOOH.nH 2 O para FeOOH. De acordo com WALDE (1986), a maioria dos minérios de ferro brasileiros são formados predominantemente por óxidos e hidróxidos de ferro, principalmente hematita, e quartzo. JAMES (1966) sugeriu uma classificação das jazidas de minérios de ferro em depósitos sedimentares acamadados, relacionados a atividades ígneas, formados por soluções hidrotermais e resultantes de alterações e acúmulo na superfície. O fato de elemento ferro ser encontrado sob diversas formas na natureza faz com que seja necessária a adoção de uma forma de classificação para distinguir um minério de outro. Segundo SANTIAGO et al (1993), estas classificações diferem de acordo com o país e, até mesmo, com a empresa produtora para um país. Contudo, muitos pesquisadores vêm procurando uma forma de padronização da classificação de minério de ferro. DORR II (1969) sugere uma classificação simples e ampla de acordo com sua resistência à fragmentação e composição química da rocha. Mais recentemente, COELHO et al (2000) e LIBANEO et al (2001) apontaram a necessidade de classificação do minério de ferro em função de um maior número de fatores que influenciam diretamente a eficiência das etapas de concentração e de siderurgia Principais minerais de ganga, Dana (1974) Quartzo O quartzo é o principal mineral de ganga presente nos minérios ricos, sendo encontrado em uma grande variedade de ambientes geológicos. Ocorre como um componente

26 14 importante nas rochas ígneas e metamórficas, sendo extremamente resistente tanto ao ataque químico como físico. A desintegração das rochas ígneas que o contém, produz grãos de quartzo que, ao se acumularem, formam a rocha denominada arenito. Em termos químicos o quartzo é considerado como SiO 2 puro com 46,7% de silício e 53,3% de oxigênio. Caulinita A caulinita é um silicato de alumínio hidratado. Ocorre como um produto de intemperização química dos feldspatos, sendo que, nestes casos, processos sedimentares transportam, classificam e redepositam a caulinita em leitos de grande extensão. Ocorre, também, como produto de alteração hidrotermal de silicatos em torno de veios de sulfetos, fontes quentes e geysers. Em termos químicos, a caulinita é considerada como sendo Al 2 Si 2 O 5 (OH) 4 com 39,5% de alumina, 46,5% de sílica e 14,0% de água. Gibbisita A gibbisita é considerada como sendo Al(OH) 3, com 62,8 a 65,3% de Al 2 O 3 e 31,8 a 34,12% de perda ao fogo. Insolúvel. Assume a cor azul quando é umedecida com nitrato de cobalto e posteriormente aquecida (alumínio) Beneficiamento do Minério de Ferro, Neto (2006) Em função do valor unitário da tonelada de minério de ferro, as operações de beneficiamento do produto somente tornam-se economicamente viáveis quando realizadas em grande escala (ordem de milhões de toneladas/ano), o que requer equipamentos de grande porte e elevada capacidade unitária. Apesar de usualmente esses processos de beneficiamento serem relativamente simples se comparados com os utilizados para outros minérios mais complexos, como no caso de alguns fosfatos, minérios de cobre e sulfetos poli-metálicos (cobre, zinco, ouro, chumbo), é fundamental que todas as etapas do processamento sejam devidamente dimensionadas e controladas em função dos volumes processados, de modo a minimizar os custos e assegurar a qualidade dos produtos.

27 15 Os produtos de minério de ferro não são definidos apenas pelos teores mínimos de ferro (Fe) e máximos das impurezas (SiO 2, Al 2 O 3, P, PPC, etc.), mas também por classes de frações granulométricas rigidamente controladas. Isso requer que, mesmo para minérios de alto teor e baixo nível de impurezas, o processo seja controlado de tal forma que os produtos gerados atendam às especificações granulométricas. Para tanto, é necessário um rígido controle nas etapas de peneiramento e classificação. O beneficiamento de minério de ferro, especialmente no Brasil e na Austrália, onde os depósitos de grandes dimensões e altos teores são predominantes, permite que uma parcela expressiva dos produtos seja gerada apenas por etapas de britagem e classificação. Esse é o caso de Carajás (PA), por exemplo. A necessidade da utilização de etapas de concentração deve-se ao fato de que por processos simples de separação por tamanho não se consegue obter produtos com elevados teores de ferro. De uma forma geral, sílica, alumina e demais contaminantes aumentam de teor na direção das frações mais finas. Esta característica permite que a fração grosseira gere um produto final, no caso um natural pellet Métodos de concentração atualmente usados no Brasil, Araújo et al. (2003) e Souza (2005) A produção de minério de ferro no Brasil restringiu-se a hematitas de altos teores até os anos setenta, quando o primeiro grande projeto baseado exclusivamente na concentração de minérios itabiríticos de baixo teor foi colocado em operação pela Samarco na Mina de Germano em Mariana, Minas Gerais (começou em 1977). Antes disso, a Companhia Vale do Rio Doce (atual Vale) com operações em Itabira (Cauê e Conceição) já vinha utilizando, de modo pioneiro, separadores magnéticos de alta intensidade/gradiente (separação magnética de alta intensidade a úmido WHIMS) para o beneficiamento de itabiritos junto com hematitas de alto teor ainda disponível àquele complexo de mineração. As demais operações que utilizavam concentração de minério de ferro naquele momento eram a mina da Fábrica (antiga Ferteco, atualmente unidade da Vale) em Congonhas no estado de Minas Gerais, e a mina de Piçarrão, já exaurida, da Vale em

28 16 Nova Era, também em Minas Gerais onde jigagem e espirais de Humphreys foram utilizados no beneficiamento de itabiritos. Todas as operações realizadas em minério de ferro neste momento beneficiavam hematitas de altos teores que era lavado, classificado granulometricamente, mantendose elevados rendimentos mássicos nas usinas. Um excelente exemplo destas usinas é Águas Claras (MBR, atualmente Vale), com início de operação em 1973 e exaustão em julho de Esta usina que alcançou cume de produção em 1993, com produção total de 13 milhões de toneladas por ano, entre granulados, sinter feed e pellet feed, era uma das maiores instalações de beneficiamento operando no Quadrilátero Ferrífero. A concentração gravítica, magnética e flotação são métodos empregados em separado, ou, mais comumente, combinados, para a concentração de minérios de ferro no Brasil. Na região do Quadrilátero Ferrífero, as frações de sinter feed e pellet feed são submetidas à concentração. Em algumas usinas, as de menor porte, a escrubagem também é utilizada para melhorar os teores dos granulados removendo partículas de ganga porosa. Entre os maiores produtores de minério de ferro, apenas em Carajás (Vale, estado do Pará) uma usina de beneficiamento baseada exclusivamente em um circuito de cominuição, lavagem e classificação granulométrica permanece em operação. Esta usina trata mais de 45Mt por ano de hematita de alto teor produzindo granulado, sinter feed e pellet feed. As mais recentes inovações em beneficiamento para produção de pellet feed incluem a utilização do Ferrous Wheel (concentrador magnético de alto gradiente de imã permanente FWMS), implementado em 2000 na Vale mina da Mutuca, e um separador magnético de terras raras WDRE, nas minas de Córrego do Feijão e Jangada pertencentes à Vale. Minério de ferro silicoso é o mais simples para concentrar e pode geralmente ser beneficiado por uma combinação de métodos gravimétricos para a fração granulométrica mais grosseira e flotação reversa para a flotação de pellet feed.

29 17 Remoção parcial de um pouco de fósforo pode ser alcançada, em certos casos, através do emprego de métodos convencionais de concentração como separação magnética. O sucesso da aplicação de qualquer método de concentração é, com certeza, medido pelo grau de liberação das fases minerais presentes, mas também é afetado por uma série de aspectos sobrepostos percorrendo desde a distribuição granulométrica à presença de relictos de magnetita em partículas de martita. Cada vez mais, em um futuro próximo, as usinas estarão aplicando uma combinação apropriada de métodos de concentração para cada minério, apontado para a maximização da recuperação e redução de custos operacionais. Há uma tendência de aumento da participação de itabirito na alimentação das usinas, especialmente no Quadrilátero Ferrífero, desta forma as usinas de beneficiamento serão cada vez mais complexas. A seleção de um determinado método de concentração também depende da qualidade esperada do produto final, por exemplo, a flotação é o método de concentração usualmente selecionado (só ou em combinação) sempre que se requer um nível muito baixo de sílica no pellet feed Deslamagem Como definição do tamanho de partículas, SOMASUNDARAN (1980) classificou as partículas, com base em seu tamanho e comportamento em meio aquoso, da seguinte forma: a) Finos - partículas que não são facilmente separáveis por processos gravitacionais e cujo tamanho médio está compreendido entre 10µm e 100µm; b) ultrafinos - partículas que não são facilmente separadas por processos não gravitacionais convencionais, inclusive a flotação, e cujo tamanho médio está compreendido entre 1µm e 10µm; c) colóides - partículas cujo tamanho médio é inferior 1µm;

30 18 d) lamas mistura de colóides e ultrafinos naturais e aqueles gerados em processos de cominuição. Uma característica das lamas é ter uma sedimentação bastante lenta. Segundo CHAVES (2002) o termo deslamagem se refere à eliminação de lamas, indesejáveis para a operação unitária subseqüente (por exemplo, flotação ou separação em meio denso) é um tanto vago em termos granulométricos. Geralmente significa a eliminação de uma grande quantidade de material fino, sem uma conotação de separação granulométrica precisa ou eficiente. Um adequado grau de dispersão das partículas na polpa é requisito essencial para uma deslamagem eficiente. Uma maneira simples e onerosa para se conseguir um alto grau de dispersão é elevar o ph mediante altas dosagens de NaOH, aumentado a repulsão eletrostática entre as partículas. Experimentos de laboratório simples e confiáveis fornecem uma correlação entre grau de dispersão e eficiência de deslamagem, constituindo-se em ferramenta útil para predição do desempenho na flotação. QUEIROZ (2003) verificou que, para certos tipos de minérios itabiríticos, o uso da atrição acarreta aumento na recuperação mássica das frações lamas e concentrado da flotação e decréscimo dos teores de Fe, SiO 2, Al 2 O 3 e de P no concentrado, aumentando o índice de seletividade de Gaudin. Além de melhorar o desempenho do processo de flotação, a atrição reduz o consumo de coletor. Grande parte dos depósitos brasileiros de minérios de ferro contém porções altamente decompostas por ação do intemperismo, o que conduz a participações significativas de partículas minerais finas. Além dos finos naturais, presentes em grandes quantidades nos itabiritos friáveis, ocorrem a geração de partículas finas durante as operações de lavra e processos de cominuição (FERREIRA, 2002) Flotação, Peres (2003), Iwasaki (1983), Houot (1983) Flotação em espuma, ou simplesmente flotação, é um processo de separação de partículas sólidas que explora diferenças nas características de superfície entre as várias espécies presentes. O método trata misturas heterogêneas de partículas suspensas em fase aquosa (polpa).

31 19 Os fundamentos das técnicas que exploram características de superfície estão em um campo da ciência conhecido como Físico-química das Interfaces, Química de Superfície, Química das Interfaces ou Propriedades das Interfaces (PERES, 1999). A concentração de minerais requer três condições básicas: liberabilidade, diferenciabilidade e separabilidade dinâmica. A liberação dos grãos dos diferentes minerais é obtida através de operações de cominuição (britagem e moagem) intercaladas com etapas de classificação por tamanho. A separabilidade dinâmica está diretamente ligada aos equipamentos empregados. As máquinas de flotação se caracterizam por possuírem mecanismos capazes de manter as partículas em suspensão e de possibilitar o contato ar com a polpa através de sistema de aeração. A diferenciabilidade é a base da seletividade do método. Nos sistemas de flotação a fase líquida é quase sempre a água, uma espécie polar, e a fase gasosa é quase sempre o ar, constituído basicamente por moléculas apolares. Uma substância hidrofóbica pode agora ser melhor caracterizada como aquela cuja superfície é essencialmente polar, tendo maior afinidade com o ar que com a água. Por outro lado, substância hidrofílica é aquela cuja superfície é polar, indicando maior afinidade com a água que com o ar. A seletividade do processo de flotação se baseia no fato de que a superfície de diferentes espécies minerais pode apresentar diferentes graus de hidrofobicidade. O conceito de hidrofobicidade de uma partícula está associado à molhabilidade da partícula pela água. O conceito oposto a hidrofobicidade é designado como hidrofilicidade. Analisando o papel estratégico ocupado pela flotação na concentração de minérios de ferro, destaca três fatores: A flotação é o principal processo a ser utilizado para a concentração de minérios oxidados de baixos teores; o processo possibilita a redução dos teores em sílica de concentrados magnéticos obtidos por separação magnética, principalmente quando a liberação de quartzo fino impede o bom desempenho da separação magnética; a flotação é o processo mais indicado para a produção de superconcentrados, utilizados em processos metalúrgicos de redução direta.

32 20 A flotação de minério de ferro pode ser realizada basicamente de quatro formas distintas: Flotação de minerais oxidados de ferro, utilizando coletores aniônicos (ácidos carboxílicos e sulfatos), em ph na faixa neutra a ácida; flotação de sílica, utilizando coletores aniônicos (ácidos carboxílicos) em ph alcalino, ativado por cálcio; flotação catiônica de minerais oxidados de ferro, utilizando aminas como coletores e ativação por flúor, em ph ácido; flotação catiônica de quartzo, utilizando aminas, em ph na faixa neutra e alcalina. A flotação catiônica de quartzo com a utilização de aminas é realizada na faixa de ph alcalino, onde as propriedades de dissociação e hidrólise deste grupo de reagentes lhe conferem características de coletor e espumante. A flotação catiônica reversa de minérios de ferro é utilizada tanto no Brasil (Samarco, Vale, etc.) como no exterior (EUA, Canadá). Os reagentes empregados raramente variam muito, sendo a combinação amido/amina a mais comum, desempenhando respectivamente os papéis de depressor dos óxidos de ferro e coletor de quartzo. Espumantes não são geralmente necessários, visto que o ph de flotação, entre 10 e 10,6, é suficientemente elevado para que as aminas desempenhem também o papel de espumante. Os maiores problemas encontrados estão geralmente associados à não flotação do quartzo grosso, a flotação inadvertida de finos de minério de ferro (por arraste), à presença de argilo-minerais, hidróxido de ferro e alumínio na alimentação causando perdas na seletividade do processo. Aminas As aminas são substâncias químicas derivadas da amônia (NH3) por substituição de 1, 2 ou 3 dos seus hidrogênios por cadeias hidrocarbônicas (R), sendo representadas pelas seguintes fórmulas:

33 21 aminas primárias: R-NH2 aminas secundárias: R2-NH aminas terciárias: R3-N Os coletores de quartzo usados pela indústria mineral são éter aminas, parcialmente neutralizadas com acetato. Amido O amido de milho é um polissacarídeo de cadeia macromolecular, constituído por unidades estruturais repetidas, com a fórmula básica (C6H10O5)n, de caráter polar. No processo de flotação do quartzo de minério de ferro, o amido de milho gelatinizado com soda cáustica é adicionado à polpa com a função de inibir a flotação da hematita, que no ph usual da flotação do quartzo também tem superfície carregada negativamente e, portanto, sujeita à ação coletora da amina. As moléculas do amido envolvem preferencialmente as partículas de hematita, mantendo-as hidrofílicas. As Figuras 5.1 e 5.2 mostram equipamentos de flotação. Figura 5.1 Célula mecânica de flotação.

34 22 Figura 5.2 Coluna de flotação Separação magnética, Underlbach (1990) A propriedade de um material que determina sua resposta a uma campo magnético é chamada de susceptibilidade magnética. Com base nessa propriedade os materiais ou minerais são classificados em duas categorias: aqueles que são atraídos pelo campo magnético e os que são repelidos por ele. No primeiro caso tem-se os minerais ferromagnéticos, os quais são atraídos fortemente pelo campo, e os paramagnéticos, que são atraídos fracamente. Aqueles que são repelidos pelo campo denominam-se de diamagnéticos (LUZ, 2004). Minerais ferromagnéticos compreendem aqueles que são fortemente atraídos pelo imã comum. O exemplo mais conhecido é a magnetita. Os paramagnéticos são fortemente atraídos e o exemplo clássico é a hematita. Os minerais diamagnéticos possuem susceptibilidade magnética negativa e, portanto, são repelidos quando submetidos a um campo magnético, entre outros se destacam; quartzo, cerussita, Magnesita, calcita, barita, fluorita, esfalerita, etc, (LUZ, 2004).

35 23 O fenômeno que governa a separação magnética está relacionado à duas questões básicas; o comportamento das partículas de minerais diferentes quando expostas a um mesmo campo magnético e ás forças magnéticas que atuam sobre elas (MIHALK, 1979). Os processos de separação magnética se baseiam fundamente numa força de interação entre o campo magnético e um dipolo magnético. A partícula, quando submetida a um campo magnético, se torna magnetizada. Essa magnetização induzirá à formação dos dipolos magnéticos nos terminais da partícula que ficará orientada ao longo das linhas do campo de magnetização. A partícula se tornará assim um dipolo magnético e a intensidade desse dipolo (momento de dipolo) irá variar dependo das características de cada partícula. As forças que atuam em uma determinada partícula, colocada em um campo magnético, numa separação a úmido são: Força magnética; Força de gravidade; Força de arraste hidrodinâmico; Força interpartículas. Da composição destas forças, e da ação de cada uma delas sobre as partículas de características diferentes, resultarão trajetórias distintas. A resultante entre a força magnética e as forças competitivas é que irá determinar a viabilidade de uma partícula magnética ser recuperada em um separador magnético. As forças existentes entre as partículas magnéticas e não-magnéticas são determinantes da qualidade da separação. Dentre as forças interparticulares, destacam-se as forças de fricção, de atração magnética e de atração eletrostática.

36 24 As características de uma separação podem ser determinadas qualitativamente, em termos de teor e de recuperação, através de uma análise de efeitos de interação das forças magnéticas interparticulares e de outras forças competitivas atuantes no processo. As partículas dentro de um campo magnético, inicialmente adquirem o campo magnético induzido. O fluxo magnético que atravessa a partícula é a soma dos fluxos devido ao campo induzido e indutor. Como as substâncias diamagnéticas o campo induzido é oposto a campo indutor, a densidade de fluxo diminui, assim as linhas de força são dispersadas. Nas substâncias paramagnéticas ocorre o contrário, pois os dois campos se somam e as linhas de força se concentram. O ferromagnetismo consiste numa concentração intensa das linhas de força. Se o campo é uniforme a partícula não se moverá na direção de um dos pólos, qualquer que seja a sua posição. Ela apenas sofrerá rotação até alinhas seu eixo magnético com a direção do campo se a partícula for paramagnética. Se o campo é convergente, se há um gradiente de campo, as linhas de força são mais densas junto ao pólo pontiaguda ou desuniforme. Uma o partícula paramagnética tende a concentrar as linhas de força e, portanto mover-se-á na direção da ponta. Uma partícula diamagnética terá o comportamento nulo. Portanto para haver movimento das partículas, o equipamento de separação magnética deve prover um campo convergente, ou seja, deve criar um gradiente de intensidade de campo. Hoje, existem vários equipamentos de separação ou concentração magnética, dependendo da aplicabilidade do mesmo, que varia com as características de susceptibilidade magnética, tamanho da partícula, concentração do mineral paramagnético na alimentação, etc. Os principais equipamentos de concentração magnética utilizados hoje na concentração de minério de ferro são: o concentrador magnético de tambor, o concentrador magnético de ata intensidade tipo Jones e o concentrador magnético de alto gradiente.

37 25 O concentrador magnético de tambor é utilizado para concentrar/separar materiais de alta susceptibilidade magnética, trabalha com campo magnético variando de 4000 a 7500Gauss, é utilizado para recuperar magnetita, hematita martítica e agregados de hematita com magnetita ou hematita martítica. As partículas devem estar entre uma faixa de granulometria de 3,0 a 0,15mm. As Figuras 5.3 e 5.4 mostram o concentrador magnético de tambor. Figura 5.3 Concentrador magnético de tambor.

38 26 Figura 5.4 Desenho esquemático do concentrador magnético de tambor. O separador magnético Ferrous Wheel é utilizado apara concentrar/separar materiais de baixa e média susceptibilidade magnética, trabalha com um campo magnético variando entre 9000 a 12000Gauss, sendo que sua tecnologia trabalha com alto gradiente, por possuir uma malha como matriz concentradora, é utilizado para recuperar hematitas, ghoetitas com granulometria inferior a 0,040mm, podendo ser utilizado para granulometrias entre 0,15 a 0,040mm. A Figura 5.5, mostra o separador Ferrous Wheel.

39 27 Foto 5.5 Separador magnético Ferrous Wheel. O separador magnético tipo Jones de alta intensidade é utilizado para concentrar/separar materiais de baixa e média susceptibilidade magnética, trabalha com um campo magnético variando entre 9000 a 12000Gauss, sendo que sua tecnologia trabalha com alta intensidade de campo sendo gerado por matrizes de placas paralelas e ranhuradas, também é utilizado para concentrar minerais de ferro com granulometria variando de 1,0 a 0,040mm. As Figuras 5.6 e 5.7, mostram o concentrador magnético tipo Jones. Foto 5.6 Concentrador magnético tipo Jones.

40 28 Figura 5.7 Desenho esquemático do concentrador magnético tipo Jones (GAUSTEC, 2008). Separador magnético SLon O separador magnético SLon foi projetado especialmente para suprir algumas falhas dos concentradores eletromagnéticos de alta intensidade (WHIMS), como capacidade reduzida para finos, entupimento das matrizes e aprisionamento de partículas não magnéticas. Foi desenvolvido na China e teve a primeira aplicação industrial em A aplicação industrial destes equipamentos mostrou que é possível produzir concentrados mais limpos e com alimentação composta de partículas menores que 100 µm. O desenvolvimento desta tecnologia foi conduzido em grande parte pela necessidade de concentrar minérios com teores abaixo de 30% de ferro na China (HEARN e DOBBINS, 2007). Um campo magnético é gerado dentro da zona de separação. Um carrossel, que gira sobre o seu eixo horizontal, possui matrizes de barras paralelas. A polpa é introduzida na caixa de alimentação e as partículas magnéticas são atraídas para a superfície das barras das matrizes. As partículas não magnéticas são descarregadas na caixa de rejeito, auxiliadas pela gravidade e por uma força de pulsação hidrodinâmica. Após sair da zona de separação, onde o campo magnético é desprezível, as partículas magnéticas são

41 29 descarregadas na caixa de concentrado (HEARN e DOBBINS, 2007; ZENG e DAHE, 2003). Um desenho esquemático do SLon é mostrado na Figura 5.8. Um diafragma atuado por um eixo de manivela é responsável pelo mecanismo de pulsação. Esta pulsação conduz a polpa para cima e para baixo enquanto está sob a ação da zona de separação, deixando as partículas mais finas. Assim menos partículas não magnéticas ficarão aprisionadas na matriz (DAHE, 1998). Figura Desenho esquemático do separador magnético SLon (ZENGH e DHE, 2003). ZENG E DAHE (2003) comparam o desempenho de um WHIMS-2000 e um SLon- 1500, ambos instalados em paralelo na usina de concentração da Qidashin Mineral. O minério que era alimentado nos dois equipamentos possuía 15,78% de ferro. O SLon apresentou um concentrado mais rico, com maior recuperação de ferro que o WHIMS As diferenças percentuais para teor de ferro no concentrado, recuperação mássica e recuperação de ferro foram, respectivamente, 3,79%, 3,57% e 13,60%. Além disso, WHIMS tinha como maior problema o entupimento das matrizes. Os autores atribuem o maior teor de ferro no concentrado ao mecanismo de pulsação do SLon e atribuem a maior recuperação de ferro ao fato da matriz magnética do SLon estar limpa.

42 Estudos de Concentração de Rejeitos SANTOS (2003) estudou cinco rotas de concentração em laboratório a partir de uma amostra representativa da barragem de Germano. Essa amostra possuía a seguinte composição química: Fe (24,97%), SiO 2 (62,70%), Al 2 O 3 (0,61%), P (0,016%), PPC (0,94%). Os valores de d 50, F 80 e a quantidade de lama presente na amostra (-10µm) eram respectivamente: 50µm, 100µm e 10%. A fração acima de 44µm continha 5,3% de ferro. O quartzo era o mineral predominante da amostra. Com relação aos minerais de ferro presentes, a hematita especular mostrou elevada participação (85% do total). As cinco rotas estudadas por SANTOS (2003) foram: 1. classificação em 37µm (peneira) e concentração magnética em um estágio (Ferrous Wheel com matriz TQ8); 2. classificação em 37µm (peneira) e concentração magnética em dois estágios, rougher e cleaner (Ferrous Wheel com matriz TQ14); 3. classificação em 74µm (peneira), deslamagem e flotação; 4. classificação em 74µm (peneira) e concentração magnética (Ferrous Wheel com matriz TQ8) e flotação; 5. concentração magnética em dois estágios, rougher e cleaner (Ferrous Wheel com matriz TQ14) e flotação. A Tabela 5.1 apresenta o resumo dos resultados obtidos nos ensaios de concentração. Tabela 5.1 Resumo dos resultados dos ensaios de concentração. Rota Concentrado (%) Recuperação (%) Fe SiO 2 Al 2 O 3 P PPC -44µm Mássica Fe 1 66,49 3,68 0,38 0,023 0,79 99,01 19,89 52, ,54 3,72 0,36 0,023 1,00 99,91 25,43 67, ,55 2,20 0,22 0,041 2,02 94,92 9,68 25, ,47 1,14 0,19 0,02 0,84 85,83 13,03 35, ,28 3,75 0,28 0,033 1,45 73,91 10,22 27,12

43 31 OLIVEIRA (2006) apresentou como proposta a concentração dos ultrafinos existentes nas lamas, no fluxo do underflow do espessador, a rota de deslamagem seguida de concentração magnética (Ferrous Wheel) e a rota de deslamagem seguida de flotação catiônica reversa. Os ultrafinos possuíam a seguinte composição química: Fe (42,03%), SiO 2 (27,61%), Al 2 O 3 (7,09%), P (0,069%), PPC (3,91%) e 86,95% abaixo de 0,045mm. Concluiu que para a rota de deslamagem seguida de concentração magnética (Ferrous Wheel) a recuperação em massa global atingida foi de aproximadamente 15% e o concentrado apresentou SiO 2 mínima de 1,75%. Em nenhum dos testes realizados obteve-se teores de SiO 2 dentro das especificações desejadas. O concentrado obtido apresentou redução significativa nos teores de Al 2 O 3 e P e que para a rota de deslamagem seguida de flotação catiônica reversa é possível obter um concentrado com recuperação em massa média de 30,65%, Fe médio de 68,4% e 0,68% de SiO 2. ROCHA (2008) apresentou como proposta a concentração dos ultrafinos existentes nas lamas a rota de deslamagem seguida de flotação catiônica reversa. Os ultrafinos possuíam a seguinte composição química: Fe (38,23%), SiO 2 (37,05%), Al 2 O 3 (4,36%), P (0,071%), PPC (3,46%) e 100% abaixo de 0,045mm. Obtendo um concentrado com recuperação em massa global de 20,0% com teores abaixo de 1% de SiO 2 e teores de SiO 2 + Al 2 O 3 abaixo de 2%, para produção de pelotas de redução direta. CAIXETA e BORGES (2006) apresentaram como proposta a concentração de rejeito existente na barragem 5 da Mutuca, a rota de deslamagem seguida de concentração magnética (Ferrous Wheel). O rejeito possui a seguinte composição química: Fe (58,2%), SiO 2 (6,57%), Al 2 O 3 (4,3%), P (0,118%) e 83% abaixo de 0,045mm. Obtendo um concentrado com recuperação em massa 41,0% e com teores de Fe (64,97%), SiO 2 (1,54%), Al 2 O 3 (1,09%), P (0,045%) Reservas Mundiais, Produção, Exportação e Importação Brasileira de Minério de Ferro e Produtos Manufaturados Conforme o Sumário Mineral de 2006, fornecido pelo DNPM, as reservas mundiais de minério de ferro (medidas mais indicadas), no ano de 2005, são da ordem de 370 bilhões de toneladas, cuja distribuição obedece à proporção apresentada pela Tabela 5.2. O Brasil possui milhões de toneladas (7,2%) das reservas e é o quinto entre os

44 32 países detentores das maiores reservas. Em termos de metal contido nas reservas o Brasil ocupa um lugar de destaque no cenário mundial, devido aos altos teores de ferro em seus minérios. O Brasil detém, ainda, reservas inferidas de cerca de 41,1 bilhões de toneladas. As reservas brasileiras estão assim distribuídas: Minas Gerais (63,7%), Pará (18,4%), Mato Grosso do Sul (16,9%) e outros estados (1,0%). Segundo o Sumário Mineral de 2006, em 2005, a produção mundial de minério de ferro foi de cerca de 1,5 bilhões de toneladas. A produção brasileira representou 18,5% da produção mundial. Em termos mundiais ocupa a segunda colocação no quadro da produção mundial. Tabela Reserva e produção mundial de minério de ferro em milhões de toneladas. Países Reservas (1) (10 6 t) Produção (10 3 t) 2005 e % 2004 e 2005 e % Brasil , ,5 África do Sul , ,6 Austrália , ,4 Canadá , ,0 Cazaquistão , ,3 China , ,4 Estados Unidos , ,6 Índia , ,2 Irã , ,1 Mauritânia , ,7 México , ,8 Rússia , ,3 Suécia , ,5 Ucrânia , ,5 Venezuela , ,4 Outros Países , ,6 TOTAL , ,0 (1) Reservas medidas e indicadas; (e) Dados estimados, exceto Brasil. Fonte: DNPM/DIDEM; USGS - United States Geological Survey (Mineral Commodity Summaries ). A produção brasileira de minério de ferro em 2005 atingiu 281,4 milhões de toneladas, aumentando 7,5% em relação ao ano anterior, com um valor de R$ 15,5 bilhões. Quanto ao tipo de produto a produção Brasileira se dividiu em: granulados - 18,5% e finos 81,5% (sinterfeed 52,6% e pelletfeed 28,9%). A produção brasileira de pelotas em 2005 totalizou 53,0 milhões de toneladas (+3,5% em relação a 2004). O valor da produção de minério de ferro em 2005 representou 58,2% do valor da produção mineral

45 33 brasileira. A indústria extrativa de minério de ferro empregou, em 2005, 31,4 mil pessoas (13,8 mil com vínculo empregatício e 17,6 mil terceirizados). Em 2005, de acordo com os dados da Secretaria de Comércio Exterior do Ministério do Desenvolvimento, Indústria e Comércio Exterior (SECEX/MDIC) apresentado na Tabela 5.3, o Brasil importou, da Venezuela, 77 toneladas de minério de ferro. As importações de semimanufaturados totalizaram 216,5 mil toneladas e os principais países de origem foram: Paraguai (33,0%), Japão (18,0%), Trinidad e Tobago (12,0%), Argentina (11,0%) e Estados Unidos (5,0%). Quanto aos produtos manufaturados as importações atingiram 744,5 mil toneladas e os principais fornecedores foram: Argentina (18,0%), Áustria (14,0%), Alemanha (11,0%), França (7,0%) e Ucrânia (5,0%). As importações de compostos químicos de ferro atingiram toneladas e os principais países de origem foram: Alemanha (20,0%), Argentina (20,0%), China (16,0%), Estados Unidos (12,0%) e Itália (8,0%). As exportações brasileiras de bens primários de ferro (minério e pelotas) em 2005 atingiram 224,1 milhões toneladas, mostrando um aumento de 9,5% na quantidade das exportações em comparação com o ano anterior. Os principais países de destino foram: China (24,0%), Japão (13,0%), Alemanha (12,0%), França (6,0%), Coréia do Sul (6,0%). Os principais blocos econômicos de destino foram: Ásia exclusive Oriente Médio (41,0%), União Européia (36,0%) e Oriente Médio (4,0%). As exportações de produtos semimanufaturados de ferro totalizaram, em 2005, 13,1 milhões toneladas e os principais importadores foram Estados Unidos (48,0%), Taiwan (10,0%), Coréia do Sul (8,0%), Tailândia (6,0%), e China (6,0%). Foram exportados 6,6mil toneladas de produtos manufaturados e os principais países de destino foram: Estados Unidos (14,0%), China (13,0%), México, Chile (5,0%) e Argentina (5,0%). O Brasil exportou, ainda, em 2005, toneladas de compostos químicos de ferro. Os principais compradores foram: Estados Unidos (27,0%), Argentina (13,0%), Espanha (11,0%), Reino Unido (9,0%) e Alemanha (9,0%). Quanto aos estados de origem as quantidades exportadas de minério de ferro se dividiram em: Minas Gerais (69,5%), Pará (30,0%) e Mato Grosso do Sul (0,5%) e, quanto ao tipo de produto, em: granulados (9,2%) e finos (90,8%).

46 34 O consumo interno de minério de ferro está concentrado na indústria siderúrgica (usinas integradas e produtores independentes de ferro-gusa) e nas usinas de pelotização. Em 2005 esse consumo atingiu 132,7 milhões de toneladas, 17,0% maior que o registrado em A indústria siderúrgica consumiu 57,1 milhões de toneladas de minério para produzir 34,0 milhões de toneladas de gusa, enquanto as usinas de pelotização, para produzir 53,0 milhões de toneladas de pelotas, consumiram 57,2 milhões de toneladas de minério. A produção brasileira de aço bruto em 2004 totalizou 31,6 milhões de toneladas. Tabela 5.3 Produção, exportação, importação e consumo de minério no Brasil. Produção Exportação Importação Discriminação Un (r) 2004 (r) 2005 (p) Beneficiada t Produção/MG t Pelotas 10 3 t Bens Primários: Minério t Pelotas t Semi e Manufaturados 10 3 t Compostos químicos t Bens Primários: Minério t Pelotas t Semi e Manufaturados t Compostos químicos t Consumo Aparente (1) Beneficiado t Consumo Efetivo (2) Beneficiado 10 3 t (1) Produção + Importação - Exportação; (2) Consumo na indústria siderúrgica mais usinas de pelotização; (p) preliminar; (r) revisado. Fontes: DNPM-DIDEM, SECEX-MDIC, SINFERBASE; 5.6. Caracterização Tecnológica de Minérios, (Henley, 1983), (Gomes, 1984), (Reis, 2005) A caracterização tecnológica de minérios é uma etapa fundamental para o máximo aproveitamento de um recurso mineral. É um ramo especializado aplicado ao beneficiamento de minérios que estuda aspectos específicos da mineralogia dos

47 35 minérios e as informações obtidas são utilizadas para o desenvolvimento e otimização de processos. A avaliação inicial da explotabilidade comercial de um minério, o planejamento da planta de processamento, a montagem da planta piloto e a primeira operação eficiente em escala industrial de beneficiamento são atribuições vitais desempenhadas pela caracterização tecnológica de minérios. Embora a natureza do minério e o tipo particular de produto gerado variem, os principais dados exigidos para uma boa caracterização de minérios são geralmente os mesmos. Estes são mostrados a seguir (HENLEY, 1983): identificação mineral; proporção mineral; composição mineral; liberação de minerais valiosos e de ganga; distribuição de elementos entre vários sítios mineralógicos ao longo de toda a partícula considerada. Além dos itens citados anteriormente é de fundamental importância a determinação dos constituintes químicos do minério (elementos químicos de interesse e deletérios) e a distribuição granulométrica. Geralmente a identificação dos minerais valiosos e de ganga é o primeiro passo dado em uma investigação mineralógica. Os métodos de identificação mineral são muitos e variados e não é propósito discutí-los em detalhes. Uma das técnicas mais comumente utilizadas é a difratometria de raios X. Segundo GOMES (1984) a difração de raios X é um fenômeno alcançado através de um processo no qual os raios, que incidem sobre a amostra, são dispersos pelos elétrons dos átomos, sem mudança do comprimento de onda (dispersão de Bragg). A difração resultante de um cristal, compreendendo posições e intensidades das linhas de difração,

48 36 é uma propriedade física fundamental que serve para sua identificação, semiquantificação e estudos de sua estrutura. Entretanto, devem ser considerados os fatores complicadores, inerentes à composição mineralógica das amostras em estudo. A superposição de raias e a pequena distinção entre raias características dos minerais presentes em baixos teores do background do espectro são exemplos dessas dificuldades. Conhecer a composição química de um minério é indispensável, saber, então, quais os elementos a serem analisados em uma caracterização mineralógica, depende da complexidade mineral e química do minério analisado e dos propósitos de sua utilização. Além das técnicas clássicas de análise química como gravimetria, volumetria e colorimetria, as técnicas instrumentais mais difundidas são a fluorescência de raios X, espectrometria de absorção atômica, espectrografia óptica de emissão e espectrometria de plasma. A espectrometria de absorção atômica é baseada na absorção, por átomos, da energia de uma radiação do característico, cujo princípio pode ser resumido assim: um elemento pode absorver radiação emitida por ele próprio, no caso do equipamento de absorção atômica, a fonte de radiação é uma lâmpada de cátodo oco, feito do mesmo elemento a ser dosada, esta fonte irradia os átomos no estado fundamental, dispersos em uma chama. Os átomos no estado fundamental quando irradiados passam ao primeiro estado excitado, de dado comprimento de onda característico (radiação de ressonância) que identifica um determinado elemento (GOMES, 1984). Já o princípio da técnica de fluorescência de raios X consiste da irradiação da amostra por um feixe primário emanado de um tubo de raios X, vindo então a produzir a radiação secundária. Ou seja, a excitação do átomo resulta da absorção de um fóton de raios X responsável pela ejeção de um elétron da camada K, L, e outras, dependendo do número atômico do elemento, levando à emissão do característico (radiação fluorescente), que é equivalente aos elementos presentes na amostra (GOMES, 1984). Uma preocupação que se deve ter para uma eficiente determinação da composição química de um minério é quanto a correta escolha dos métodos para análise química dos elementos constituintes da amostra. Segundo GOMES (1984) a absorção atômica é melhor aplicada no estudo dos elementos traços (elementos em menor proporção, na

49 37 ordem de ppm e ppb) e a fluorescência de raios X é de maior utilidade na análise dos constituintes maiores. Geralmente antes da obtenção das informações de caracterização citadas logo acima, a amostra é fracionada para facilitar a identificação dos minerais, melhorar a quantificação e identificar certas propriedades físicas do minério. Estas informações valiosas, geralmente são obtidas por análise granulométrica, separação em meio denso e separação magnética. Um dos últimos estágios da execução de uma caracterização tecnológica é a verificação do grau de liberação dos minerais de interesse em relação aos de ganga. Esta verificação é importante, principalmente, porque para que os minerais de interesse respondam com eficiência aos processos de beneficiamento, seus grãos devem estar inteiramente liberados. A porcentagem de liberação de um mineral pode ser determinada utilizandose ensaios físicos com líquidos densos, dosagens químicas do elemento principal, ou estudos em lupa binocular e/ou microscopia óptica. A liberação das espécies mineralógicas através de observação visual é facilmente detectada um mineral quando efetivamente liberado na coluna do líquido denso utiliza o lugar correspondente a sua densidade. A porcentagem de liberação do mineral valioso pode desta forma ser determinada pela dosagem do teor do principal elemento químico do mineral, através dos produtos, obtidos numa separação em líquido denso. Uma das limitações deste método é a impossibilidade de preparar gradientes com densidade superiores a 4,3, densidade da solução de Clerici (LUZ e et. al., 1995).

50 38 6. MATERIAIS E METODOLOGIA A metodologia utilizada na retirada das amostras na barragem I e preparação destas, nos estudos de caracterização e nos ensaios de concentração, juntamente com a descrição dos equipamentos e materiais é relatada neste capítulo. Estes estudos foram realizados no centro de pesquisa da Vale: CPT Centro de Pesquisa Tecnológica de Alegria, em Mariana/MG. Amostra A amostragem realizada foi por meio de sondagem (SPL) para verificação da representatividade da barragem I como todo e está descrito conforme abaixo: O serviço de sondagem por lavagem foi desenvolvido com a finalidade de dar subsídios para retirada de amostras do rejeito para cubagem da reserva e definição da qualidade em profundidade. A sondagem por lavagem através da circulação de água seguiu a Norma Brasileira da ABNT, específica para o assunto. Como material de apoio usou-se o polímero orgânico do fabricante System Mud Indústria e Comércio Ltda: - Supervis: polímero sintético Aniônico em pó; - celutrol HV1: carboximetilcelulose de sódio; - SM 2000: polímero aniônico líquido. A utilização de polímeros evita a contaminação das amostras. Como equipamentos, utilizou-se um conjunto moto-bomba, um trépano, um trado helicoidal e uma plataforma flutuante, de fabricação própria, de madeira sobre 36 tambores de plásticos, medindo-se (6,0 x 5,0) m, com um furo no centro de (30,0 x 30,0) cm para passagem do revestimento como mostram as Figuras 6.1, 6.2 e 6.3.

51 39 Figura 6.1 Plataforma para sondagem de rejeito na barragem em região contendo água. Figura 6.2 Conjunto moto-bomba para sondagem de rejeito na barragem.

52 40 Figura 6.3 Detalhe do trado helicoidal, à esquerda e do trépano à direita. Metodologia empregada: - sondagem a percussão realizada por circulação contínua de água; - trado helicoidal; - revestimento com diâmetro H de 4 ; - trépano (pá) de 3,5, perpassando o revestimento quase que sem folga; - bomba de baixa pressão e alta frequência. Serviços realizados em presença de água: - Os furos foram executados com os equipamentos tripé e conjunto moto-bomba disposto sobre plataforma flutuante, fundeadas por quatro âncoras; - O revestimento foi cravado nos rejeitos o suficiente para permitir os procedimentos normais de execução dos serviços; - A perfuração por lavagem com fluxo de água contínua é iniciada com a torre firmemente instalada sobre o ponto locado.

53 41 Serviços realizados na praia, Figura 6.4: - utilizou-se o trado helicoidal para começar a perfuração até o mesmo se tornar inoperante ou quando encontrado o nível d água; - abaixo do nível d água, a perfuração foi procedida com auxílio de circulação direta d água; - a circulação d água foi com auxílio de uma bomba d água com mangote de sucção, através de haste de percussão e do trépano de lavagem que funciona como ferramenta de escavação. Figura 6.4 Sondagem na barragem de rejeito em região de praia. Procedimentos utilizados: - consolidou-se as paredes dos furos com polímeros orgânicos; - recuperou-se todo o material, armazenado-o em sacos plásticos e etiquetados a cada metro; - anotou-se no boletim a cada mudança de estado, demarcando a profundidade de manobra na água e do material depositado.

54 42 Extração: - usou-se meio tambor de 200 L, cortado ao meio, dentro do qual foi colocado um coletor menor (balde plástico); - o material foi despejado no coletor menor, que se enchia até transbordar para o coletor maior; - o produto (rejeito rico) se consolidava no fundo do coletor menor e a água transbordava para o coletor maior; - ao encher o coletor menor, o material decantado foi recolhido em sacos plásticos, após drenar o excesso de água; - as sondagens foram executadas até a fundação, caracterizada pela mudança de cor do material perfurado. Acomodação do material: - a cada metro perfurado, o material foi recolhido em um saco plástico, após retirar o excesso de água; - no saco plástico foi aplicado uma etiqueta, contendo número do furo, a metragem da manobra, a data e o local do serviço; - o saco plástico etiquetado foi acomodado dentro de outro saco plástico, para evitar danos na etiqueta e vazamento do material. Outra etiqueta foi aplicada no segundo saco. Na Figura 6.5, estão dispostos os pontos amostrados e a Tabela 4.5 mostra as informações gerais dos furos de sondagens para retirada de amostras.

55 43 Montante Água Praia Jusante Figura 6.5 Disposição dos furos de amostragem na barragem I de rejeito. Tabela 6.1 Informações dos furos de sondagem na barragem I de rejeito. INFORMAÇÕES DOS FUROS DE SONDAGEM DE LAVAGEM CONTÍNUA NA BARRAGEM I Furos E Coordenadas N Prof. Furo Quantidade Amostras Massa SPL , ,223 60, ,50 SPL , ,955 55, ,60 SPL , ,631 25, ,70 SPL , ,238 16, ,64 SPL , ,055 13, ,87 SPL , ,752 23, ,23 SPL , ,434 18, ,10 SPL , ,347 8, ,00 SPL , ,914 14, ,72 SPL , ,397 10, ,00 SPL , ,598 26, ,88 SPL , ,761 28, ,90 SPL , ,726 15, ,84 SPL , ,199 79, ,20 SPL , ,950 53, ,80 SPL , ,623 26, ,94 SPL , ,352 23, ,80 Total: 248, ,72 (g)

56 44 As amostras da sondagem da barragem I enviadas para caracterização no Centro de Pesquisas Tecnológicas de Alegria foram geradas a partir de furos de trado. Estes furos foram compostos por vários horizontes, que representam diversas profundidades e, por apresentarem massa muito pequena, houve a necessidade de serem agrupados para que fosse possível a realização da caracterização. Considerando os estudos anteriores, realizados no Centro Tecnológico de Ferrosos com duas outras amostras coletadas na barragem I com auxílio de uma retroescavadeira de pequeno porte fazendo sete valas de 50,0m de extensão, 0,50m de largura e 1,0m de profundidade cada uma, totalizando 150,0t, mostraram associações mineralógicas, Figura 6.6, que indicam a concentração magnética como uma rota provável, buscou-se então desenvolver este estudo a partir da concentração magnética e, em alguns casos, aplicou-se o método de concentração por flotação. A Figura 6.7 mostra a susceptibilidade magnética dessas duas amostras, cujos testes foram realizados no tubo Davis com campo magnético variando de 500 a 3000 Gauss. Os testes com o campo magnético mais alto, 3000 Gauss, apresentaram maiores recuperações em massa, 51,21% para a amostra 01 e 37,49% para amostra 02.

57 45 Comparativa - Composição Global Percentual Hematita granular Hematita microcristalina Hematita tabular Hematita especular Hematita sinuosa Martita Magnetita Goethita Limonita Quartzo Gibbisita Caolinita Outros amostra 01 amostra 02 hematita hematita hematita hematita hematita Outros granular microcrista tabular especular sinuosa Martita Magnetita Goethita Limonita Quartzo Gibbisita Caolinita Minerais amostra 01 57,05 0,00 0,09 1,86 3,98 23,82 6,96 3,40 0,81 0,98 0,78 0,05 0,21 amostra 02 55,89 0,00 1,77 1,56 0,52 17,57 5,18 9,21 1,19 5,85 0,65 0,16 0,44 Figura Mineralogia das amostras 01 e 02 dos finos da barragem I.

58 46 Curva de Susceptibilidade Magnética % Recuperação Mássica 60,00 50,00 40,00 30,00 20,00 10,00 0, Cam po (GAUSS) Amostra 01 (45º) Amostra 02 (45º) Amostra 02 (28,5º) Teste Campo Magnético Gauss Massa Alimentação (g) Amostra 01 (45º) Amostra 02 (45º) Massa Concentrado (g) Massa Rejeito (g) RM Massa Alimentação (g) Massa Concentrado (g) Figura 6.7 Susceptibilidade magnética das amostras 01 e 02 dos finos da barragem I. Massa Rejeito (g) RM Massa Alimentação (g) Amostra 02 (28,5º) Massa Concentrado (g) C ,77 0,00 9,77 0,00 9,92 0,00 9,92 0,00 9,96 0,00 9,96 0,00 C ,89 0,05 9,84 0,51 10,01 0,04 9,97 0,40 10,73 0,70 10,03 6,52 C ,79 0,71 9,08 7,25 9,73 0,44 9,29 4,52 9,89 0,99 8,90 10,01 C ,85 3,56 6,29 36,14 9,80 1,80 8,00 18,37 10,01 2,79 7,22 27,87 C ,52 4,28 5,24 44,96 9,76 2,85 6,91 29,20 10,20 3,75 6,45 36,76 C ,92 5,08 4,84 51,21 9,79 3,67 6,12 37,49 9,83 3,95 5,88 40,18 Massa Rejeito (g) RM Amostra Ângulo de inclinação (º) Massa inicial (g) Nº de ciclos / minutos Vazão de água (ml/min) /28,

59 47 Os procedimentos gerais de trabalho adotados para amostras da sondagem da barragem I enviadas para caracterização no Centro de Pesquisas Tecnológicas de Alegria podem ser vistos no fluxograma da Figura 6.8. Composição de Amostras 3 em 3 metros Agitação dispersando com NaOH (5 minutos) - ph 9,80 Sifonamento após 5 minutos da polpa em repouso Afundado Flutuado Retirada do Polímero Ensaios Tecnológicos Análises: - Química Global - Química por faixa granulométrica Figura 6.8 Fluxograma de preparação das amostras. As análises granulométricas foram efetuadas por peneiramento a úmido, em peneiradores mecânicos suspensos, em laboratório, com aberturas em mm: 2,40 / 1,00 / 0,84 / 0,710 / 0,500 / 0,420 / 0,300 / 0,210 / 0,150 / 0,105 / 0,075 e 0,045. Os finos foram submetidos a ensaios de separação magnética, em um separador magnético tipo tambor, modelo L4 da Inbrás- Eriez para as frações -1,0mm total e -1,0 + 0,15mm e utilizando matrizes de GAP 2,5mm com variação de campo de 1000 e 4000G. A deslamagem realizada foi em bancada e teve como parâmetro apenas a porcentagem de sólidos na alimentação igual a 25% e ph=9,8. Empolpou-se a amostra para 25% de sólidos, corrigindo o ph para 9,8 com adição de soda e agitando-se por 5 minutos. Após 5 minutos, deixou-se decantar por 15 minutos retirando-se o flutuado (overflow). Esse processo foi repetido até a retirada de toda a lama. A flotação foi realizada em bancada utilizando-se amido como depressor dos minerais de ferro e como coletor do quartzo a amina. Os parâmetros foram os seguintes: - célula CDC, 1200 rpm, cuba de 2,5 litros;

60 48 - dosagem de amido: 800 g/t alimentada; - dosagem de amina: SiO 2 < 10% g/t de SiO 2 ; 10% < SiO 2 < 20% g/t de SiO 2 ; SiO 2 > 20% g/t de SiO 2. - tempo de condicionamento: 5 minutos para o amido e 1 minuto para a amina; - ph: 9,8; - polpa: 60% de sólidos em massa, água destilada. As análises químicas quantitativas foram executadas em amostras globais, bem como por faixas granulométricas, utilizando a espectometria de plasma. Os elementos/compostos analisados foram: Fe total, SiO 2, Al 2 O 3, P, Mn, CaO, MgO, TiO 2 e PF. Na Tabela 6.2 encontra-se a porcentagem em massa do afundado e flutuado da etapa de deslamagem. Da massa do afundado obteve-se o peneiramento Tabela 6.2 Porcentagem da massa das parcelas afundado e flutuado da deslamagem. F u ro s Afu n d ad o M assa (% ) F lu tu ad o S P L 02 82,44 17,56 S P L 03 94,01 5,99 S P L 05 75,59 24,41 S P L 06 94,18 5,82 S P L 12 38,31 61,69 S P L 13 58,49 41,51 S P L 14 51,87 48,13 S P L 15 82,84 17,16 S P L 16 40,38 59,62 S P L 18 45,86 54,14 S P L 19 55,19 44,81 S P L 21 88,08 11,92 S P L 22 86,15 13,85 S P L 23 88,74 11,26 S P L 24 88,01 11,99 S P L 25 89,80 10,20 S P L 26 86,79 13,21

61 49 7. RESULTADOS E DISCUSSÕES De acordo com a análise mineralógica, verificamos que os minerais de ferro identificados foram hematita, martita, magnetita e goethita e os minerais de ganga foram quartzo, gibbisita e caolinita. De acordo com a distribuição granulométrica e análises químicas da amostra dos furos de sondagem, da Tabela 7.1, verificamos que 91,79% das partículas encontra-se abaixo de 0,150mm e 58,81% abaixo de 0,045mm e que os teores médios (calculado) de Fe, SiO 2 e Al 2 O 3 são respectivamente, 48,08%, 20,58% e 3,16%. Em comparação com os trabalhos apresentados no item 4.4, este material apresenta-se mais grosseiro e também mais rico, neste caso, com exceção do trabalho de CAIXETA e BORGES (2006). Tabela 7.1 Análise granulométrica e química das amostras dos furos de sondagem da Furo +0,150 mm % retida simples +0,045 mm -0,045 mm barragem I. análise química (%) Fe SiO 2 Al 2 O 3 P Mn TiO2 CaO MgO PPC SPL 02 18,50 48,92 32,58 54,19 14,30 2,20 0,194 0,587 0,091 0,071 0,067 2,51 SPL 03 11,93 57,14 30,93 51,52 15,31 1,70 0,057 0,436 0,086 0,021 0,068 2,40 SPL 05 10,72 47,21 42,07 51,14 18,17 2,18 0,078 0,682 0,092 0,044 0,085 3,09 SPL 06 6,55 60,11 33,34 48,60 24,70 1,88 0,056 0,461 0,095 0,017 0,062 3,00 SPL 12 0,00 0,00 100,00 47,91 11,90 7,92 0,171 1,955 0,243 0,076 0,257 6,62 SPL 13 0,00 6,84 93,16 44,24 15,86 6,63 0,188 2,182 0,319 0,085 0,254 10,00 SPL 14 0,00 11,66 88,34 48,68 19,36 4,07 0,133 1,574 0,151 0,065 0,138 4,26 SPL 15 0,00 0,00 100,00 43,23 34,66 1,43 0,047 0,200 0,107 0,005 0,045 1,91 SPL 16 0,00 2,98 97,02 38,90 35,98 3,04 0,095 0,873 0,106 0,105 0,171 3,51 SPL 18 0,00 3,35 96,65 37,02 29,27 7,32 0,165 1,859 0,311 0,071 0,160 6,40 SPL 19 11,56 19,70 68,74 34, SPL 21 10,55 48,30 41,15 51,70 20,08 1,92 0,064 0,629 0,074 0,036 0,091 2,57 SPL 22 9,95 48,42 41,63 50,72 20,37 2,22 0,068 0,605 0,108 0,019 0,053 3,69 SPL 23 18,27 49,88 31,85 60,78 8,82 1,35 0,046 0,491 0,065 0,040 0,056 1,61 SPL 24 16,41 46,18 37,41 55,64 14,48 1,88 0,063 0,649 0,108 0,015 0,063 2,87 SPL 25 12,83 57,46 29,71 48,11 25,30 1,96 0,065 0,545 0,106 0,021 0,059 2,91 SPL 26 12,23 52,55 35,22 50,23 20,79 2,89 0,077 0,516 0,127 0,035 0,077 3,38 média 8,21 32,98 58,81 48,08 20,58 3,16 0,098 0,890 0,137 0,045 0,107 3,80 A Figura 7.1 mostra a porcentagem passante em 0,045mm das amostras dos furos de sondagem da barragem I.

62 ,00 93,16 88,34 100,00 97,02 96, , ,58 30,93 42,09 33,35 41,15 41,64 31,85 37,41 29,71 35, Figura 7.1 Porcentagem passante em 0,045mm das amostras dos furos de sondagem da barragem I. A Figura 7.2 mostra a divisão dos finos passante em 0,045mm da barragem em dois grandes domínios: domínio dos grossos e domínio dos finos ,00 93,16 88,34 100,00 97,02 96,65 Domínio dos finos 80 Domínio dos grossos 68,84 Domínio dos mistos Domínio dos grossos ,58 30,93 42,09 33,35 41,15 41,64 31,85 37,41 29,71 35, SPL 02 SPL 03 SPL 05 SPL 06 SPL 12 SPL 13 SPL 14 SPL 15 SPL 16 SPL 18 SPL 19 SPL 21 SPL 22 SPL 23 SPL 24 SPL 25 SPL 26 SPL 02 SPL 03 SPL 05 SPL 06 SPL 12 SPL 13 SPL 14 SPL 15 SPL 16 SPL 18 SPL 19 SPL 21 SPL 22 SPL 23 SPL 24 SPL 25 SPL 26 % passante em 0,045mm entre 29,71 e 42,09 % passante em 0,045mm entre 88,34 e 100,00 % passante em 0,045mm em 68,84 % passante em 0,045mm entre 29,71 e 42,09 % passante em 0,045mm entre 88,34 e 100,00 % passante em 0,045mm em 68,84 Figura 7.2 Divisão dos domínios dos finos dos furos de sondagem da barragem I.

63 51 Do domínio dos grossos temos a distribuição granulométrica e do teor de Ferro, como mostrado nas Figuras 7.3 e 7.4, respectivamente. Distribuição Granulométrica (% Retido) 11,93 10,72 6,55 10,55 9,95 16,41 12,83 12,23 57,14 47,21 60,11 48,30 48,42 46,18 57,46 52,55 30,93 42,07 33,34 41,15 41,63 37,41 29,71 35,22 SPL 03 SPL 05 SPL 06 SPL 21 SPL 22 SPL 24 SPL 25 SPL 26-0,045mm -0,15+0,045 mm +0,15mm Figura 7.3 Distribuição granulométrica dos furos do domínio dos grossos. Teor de Fe (%) 45,80 46,33 41,00 48,14 50,38 53,59 52,30 45,90 54,21 53,49 48,61 52,09 49,99 57,88 48,11 51,54 54,97 53,63 56,52 54,56 51,85 55,43 52,30 53,65 SPL 03 SPL 05 SPL 06 SPL 21 SPL 22 SPL 24 SPL 25 SPL 26-0,045mm -0,15+0,045mm +0,15mm Figura 7.4 Distribuição do teor de ferro em frações dos furos do domínio dos grossos. Diante das informações acima podemos verificar que há uma homogeneidade granulométrica e química dentro dos intervalos do próprio furo e entre outros furos. A Tabela 7.2 mostra os teores médios dos furos do domínio dos grossos homogêneos.

64 52 Tabela 7.2 Teores médios, em %, dos furos do domínio dos grossos homogêneos. Furos Fe Si0 2 Al 2 O 3 P Mn TiO 2 CaO MgO PPC SPL 03 51,52 15,31 1,70 0,057 0,436 0,086 0,021 0,068 2,40 SPL 05 51,14 18,17 2,18 0,078 0,682 0,092 0,044 0,085 3,09 SPL 06 48,60 24,70 1,88 0,056 0,461 0,095 0,017 0,062 3,00 SPL 21 51,70 20,08 1,92 0,064 0,629 0,074 0,036 0,091 2,57 SPL 22 50,72 20,37 2,22 0,068 0,605 0,108 0,019 0,053 3,69 SPL 24 55,64 14,48 1,88 0,063 0,649 0,108 0,015 0,063 2,87 SPL 25 48,11 25,30 1,96 0,065 0,545 0,106 0,021 0,059 2,91 SPL 26 50,23 20,79 2,89 0,077 0,516 0,127 0,035 0,077 3,38 Distribuição granulométrica do furo SPL ,045 mm -0,15 +0,045 mm +0,15 mm Figura 7.5 Distribuição granulométrica do furo de sondagem SPL 23. Distribuição granulométrica do furo SPL ,045 mm -0,15 +0,045 mm +0,15 mm Figura 7.6 Distribuição granulométrica do furo de sondagem SPL 02.

65 53 Diante das informações das Figuras 7.5 e 7.6, podemos verificar que há uma heterogeneidade granulométrica dentro dos intervalos do próprio furo e homogeneidade entre eles. A Tabela 7.3 mostra os teores médios dos furos do domínio dos grossos heterogêneos. Tabela 7.3 Teores médios, em %, dos furos do domínio dos grossos heterogêneos. Furos Fe Si0 2 Al 2 O 3 P Mn TiO 2 CaO MgO PPC SPL 02 54,19 14,30 2,20 0,194 0,587 0,091 0,071 0,067 2,51 SPL 23 60,78 8,82 1,35 0,046 0,491 0,065 0,04 0,056 1,61 A Figura 7.7 mostra o domínio dos grossos divididos em dois subdomínios, furos homogêneos e furos heterogêneos. Legenda: Furos Homogêneos Domínio dos Grossos Furos Heterogêneos Figura 7.7 Distribuição dos furos de sondagem do domínio dos grossos Do domínio dos finos temos as distribuições químicas, como mostradas nas Tabelas 7.4 e 7.5. Tabela 7.4 Teores médios, em %, dos furos do domínio dos finos. Furos Fe Si0 2 Al 2 O 3 P Mn TiO 2 CaO MgO PPC SPL 12 47,91 11,90 7,92 0,171 1,955 0,243 0,076 0,257 6,62 SPL 13 44,24 15,86 6,63 0,188 2,182 0,319 0,085 0,254 10,00 SPL 14 48,68 19,36 4,07 0,133 1,574 0,151 0,065 0,138 4,26

66 54 Baixo conteúdo metálico devido aos elevados teores dos contaminantes. Tabela 7.5 Teores médios dos furos do domínio dos finos. Furos Fe Si0 2 Al 2 O 3 P Mn TiO 2 CaO MgO PPC SPL 15 43,23 34,66 1,43 0,047 0,200 0,107 0,005 0,045 1,91 SPL 16 38,90 35,98 3,04 0,095 0,873 0,106 0,105 0,171 3,51 SPL 18 37,02 29,27 7,32 0,165 1,859 0,311 0,071 0,160 6,40 Diante das informações das Tabelas 7.4 e 7.5, podemos dividir o domínio dos finos em dois subdomínios: ferruginosos e silicosos. A Figura 7.8 mostra o domínio dos finos divididos em dois subdomínios, ferruginosos e silicosos. Domínio dos Finos Legenda: Ferruginoso Silicoso Figura 7.8 Distribuição dos furos de sondagem do domínio dos finos. As Figuras 7.9 e 7.10, mostram a distribuição granulométrica e de ferro do domínio dos mistos, respectivamente.

67 55 Distribuição Granulométrica (% retido) 6,56 13,46 20,09 19,67 18,84 21,08 4,38 0,0 0,0 5,64 15,93 20,78 32,44 22,33 25,60 22,93 16,09 15,53 61,00 64,20 54,32 57,4 65,07 63,39 74,84 84,07 94, ,045 mm -0,15 +0,045 mm +0,15 mm Figura 7.9 Distribuição granulométrica do furo de sondagem SPL 19. Teor de Fe (%) 51,07 49,44 48,53 42,29 26,93 25,84 22,75 23,28 23, Figura 7.10 Distribuição do teor de ferro do furo de sondagem SPL 19. Diante das informações das Figuras 7.9 e 7.10, podemos verificar que há variação granulométrica e química no furo. A Figura 7.11 mostra a definição dos domínios dos furos da barragem I de rejeito.

68 56 Domí Domínio dos Finos Domí Domínio dos Grossos Legenda: Domí Domínio Domínios: dos Mistos Grossos Homogêneos Grossos Heterogêneos Fino Ferruginoso Fino Silicoso Figura 7.11 Distribuição dos domínios dos furos de sondagem da barragem I. Em anos anteriores, foram realizados furos de sondagem SPT na barragem I com objetivo geotécnico. Do material proveniente destes furos, foram realizadas análises granuloquímicas que completam o estudo de disposição, cubagem e determinação da qualidade em profundidade do rejeito na barragem I, como mostrado na Figura Figura 7.12 Disposição dos furos geotécnicos (SPT) e de sondagem (SPL) da barragem I.

69 57 A Figura 7.13 mostra as seções 03 e 04 com perfil de sondagem dos furos geotécnicos e de sondagem da barragem I, bem como os limites de teores de ferro. Figura 7.13 Perfil das seções 03 e 04 dos furos geotécnicos e de sondagem da barragem I. Pelas Figuras 7.11, 7.12 e 7.13, observa-se que o material mais grosseiro e rico se encontra próximo ao maciço da barragem, devido que na descarga da tubulação de rejeito na barragem, seja por spraybar ou espigote, o material mais pesado se sedimenta nas imediações e o material mais fino e pobre é carreado para a extremidade oposta (montante) da descarga, que após cessar a agitação, turbilhonamento sedimenta-se. Definição das rotas de concentração: As rotas de concentração foram definidas segundo as análises granuloquímicas dos furos de sondagem na barragem I. As Tabelas 7.6 e 7.7 mostram as possíveis rotas de concentração dos finos da barragem I.