Métodos Alternativos de Cominuição. Estratégia experimental planejada para se alcançar os objetivos:

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1 Título do projeto: Linha de Pesquisa: Métodos Alternativos de Cominuição Tecnologia Mineral Justificativa/motivação para realização do projeto: O cenário econômico atual e a redução no preço das commodities tem incentivado a realização de estudos científicos que busquem o melhor entendimento dos processos e, mais do que isso, que culminem em redução de custos e aumento de recuperação mássica dos circuitos industriais. Objetivos: Avaliar a aplicação de novas tecnologias de cominuição no beneficiamento do minério de ferro com foco em avaliar se promovem ganhos na liberação mineral, distribuição granulométrica do seu produto e na redução do consumo de energia. Estratégia experimental planejada para se alcançar os objetivos: Realização de ensaios em escala de laboratório e piloto. Principais referências consultadas: Trabalhos internos da Vale, papers e dissertações/teses: DONDA, J.D. (Tese Doutorado, 2003), QUEIROZ et all, (Documento Interno Vale, 2011), SOMASUNDARAN, (1984), WIELEN, K. P, (Tese de Doutorado),

2 1. Introdução A maximização da recuperação mássica com menor intensidade de capital é uma busca constante nas empresas que estudam a expansão de suas operações. Desta forma, novas rotas de beneficiamento têm sido estudadas e alguns paradigmas estão sendo revisitados. O cenário econômico atual e a redução no preço das commodities também tem incentivado a realização de estudos científicos que busquem o melhor entendimento dos processos e, mais do que isso, que culminem em redução de custos e aumento de recuperação mássica dos circuitos industriais. Tecnologias até então não aplicadas ao beneficiamento do minério de ferro têm sido investigadas, tais como a moagem vertical de rolos e a cominuição por choque elétrico. O moinho vertical consiste numa mesa giratória e rolos que são dispostos sobre ela e que se movimentam devido à rotação da mesa. O material é introduzido no centro e se move para as bordas e nesse percurso é cominuído pelos rolos que estão ligados a um sistema hidráulico que altera a pressão dos mesmos conforme a necessidade de se obter material com granulometria mais fina. O equipamento SelFrag utiliza uma tecnologia baseada em descargas elétricas de elevada voltagem e baixa corrente elétrica em curtos intervalos de tempo em meio aquoso que causam ondas de choque no minério visando a quebra seletiva do mesmo. Testes piloto com ambas as tecnologias já foram realizados e agora é preciso investigar se as mesmas se comportam de forma diferente da moagem convencional de bolas e se essas diferenças trariam ganhos na liberação mineral e na distribuição granulométrica do seu produto. A expectativa é que essas tecnologias possam trazer benefícios de redução de CAPEX e OPEX em novas plantas de beneficiamento de minério de ferro. 2. Materiais e Métodos Serão realizados testes em escala de laboratório com os produtos obtidos nos testes já realizados em escala piloto com as tecnologias mencionadas para avaliar se seus produtos produzem material com menor geração de lama, com distribuição granulométrica já adequada para concentração, maior liberação mineral e redução no consumo de energia. Além disso, serão realizados testes de moagem de bolas com as mesmas amostras a fim de comparar com as tecnologias que estão sendo propostas e mensurar as diferenças tecnológicas. As amostras para o desenvolvimento do estudo serão provenientes de minas da Vale e os produtos cominuídos em escala piloto já se encontram arquivadas no Centro de Pesquisas Tecnológicas da Vale. As amostras serão previamente homogeneizadas, quarteadas e caracterizadas para determinação: distribuição granulométrica (peneiramento e difração a laser), granuloquímica (fluorescência de raios-x), e análise mineralógica para quantificação dos principais minerais presentes, sua textura e microestrutura (microscopia ótica de luz refletida e QEMSCAN) e avaliação da forma de quebra e, assim, analisar como ocorre a liberação mineral em cada tecnologia e o formato das superfícies geradas. Os testes de laboratório de moagem convencional serão realizados segundo método do Donda para previsão do requerimento energético na moagem primária. Utiliza-se moinho de bolas com dimensões de 12 x 12, sem revestimento ou lifters, com 29,6% de enchimento, operando a 70,5% da velocidade crítica (54 RPM). Com este teste é possível mensurar o 2

3 consumo energético e obter a distribuição granulométrica do produto da classificação da etapa de cominuição. Para avaliar o impacto da geração de lama todos os produtos de cada uma das tecnologias testadas (após cominuição para se atingir a granulometria necessária para a concentração por flotação) serão deslamados e mensurada a massa de overflow gerada em cada teste. Para a realização dos ensaios, as amostras serão acondicionadas em baldes, com percentual de sólidos de 25%, mantendo-se a amostra em suspensão por meio de agitador mecânico para dispersão das partículas durante 5 minutos. O ph da polpa será ajustado por meio de adição de NaOH (soda cáustica, a 5% de concentração), para se obter maior grau de dispersão das partículas. Posteriormente, a polpa permanecerá em repouso para que ocorra a sedimentação das partículas e, em seguida, é efetuado o sifonamento do material sobrenadante (overflow). Todos os fluxos serão caracterizados química e granulometricamente, além de se determinar a partição em massa de cada um deles. Serão realizados, ainda, testes de flotação para comprovar como a liberação mineral obtida nas diferentes tecnologias influencia na qualidade e recuperação mássica do produto final. Os ensaios serão realizados em célula mecânica Denver, com cuba de 1250 ml de volume útil, e rotor fechado com rotação de 1000 RPM. Será utilizado como depressor o farelo de milho gelatinizado com soda cáustica e como coletor amina Flotigam EDA-C (etermonoamina coletor catiônico de cadeia média, ramificada, com grau de neutralização de 50%). Como modulador de ph será utilizada soda cáustica a 50%. 3. Infraestrutura e Recursos Necessários Todas as caracterizações e ensaios serão realizados no Centro de Pesquisas Tecnológicas da Gerência de Desenvolvimento de Processo de Tratamento de Minério da Vale que conta com estrutura laboratorial e piloto localizada em Mariana, Minas Gerais. Há infraestrutura para preparação de amostras e caracterizações físicas, composta pelos seguintes equipamentos: Homogeneizadores e quarteadores de amostras do tipo carrossel e divisor de rifles; britadores de mandíbulas e rolos; pulverizadores para redução granulométrica necessária para análise química; vibradores mecânicos para ensaios de distribuição granulométrica a úmido e a seco; equipamentos para análise granulométrica das frações ultrafinas: granulômetros a laser e cyclosizer; equipamentos para análise de densidade real (multipicnômetro e ultrapicnômetro); blainímetro para análise de superfície específica; microscópios óticos de luz refletida, politriz e serra para preparação das seções polidas. microscópio eletrônico de varredura automatizado com o sistema QEMSCAN A estrutura conta ainda com equipamentos para ensaios em escala de laboratório e piloto das seguintes operações unitárias: Cominuição: britagem e moagem bolas; concentração gravítica: bateia mecânica, espirais e jigues; deslamagem: loop de ciclonagem com ciclones variando de 2 a 26 e cubas de deslamagem; concentração magnética: baixa, média e alta intensidade (modelos L4, WDL8 e WDRE); concentração por flotação: células de laboratórios de dois fornecedores CDC (coleta manual ou automática da espuma) e Denver; e células mecânicas e colunas piloto. estrutura de preparação de reagentes: agitadores magnéticos, mecânicos e refractômetro; 3

4 desaguamento: teste folha para avaliação de meios filtrantes e dimensionamento de filtros e ensaios de sedimentação em proveta para avaliação de floculantes e dimensionamento de espessadores. As fotos abaixo ilustram alguns equipamentos mencionados acima. Figura 1 Fotos Equipamentos Preparação e Caracterização inicial das amostras. Figura 2 Fotos Equipamentos Preparação e Caracterização inicial das amostras. Todas as análises químicas necessárias serão realizadas no laboratório químico de Alegria usando como método a fluorescência de raios-x e utilizando pastilha fundida. 4

5 4. Cronograma de Execução A tabela abaixo apresenta o cronograma de execução do projeto de pesquisa apresentado em bimestres, sem a inclusão da etapa de obtenção dos créditos. Em vermelho é destacado a etapa crítica do projeto de pesquisa. Tabela 1 Cronograma preliminar de execução do projeto de pesquisa. 5. Referências Bibliográficas 1. DONDA, J.D. Uma metodologia para prever o consumo específico de energia na remoagem de concentrados de minério de ferro. Belo Horizonte, UFMG, Tese de Doutorado (Doutorado em Engenharia Metalúrgica e de Minas), Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, 2003, 115p. 2. DANA J. D. Manual de Mineralogia. Editora Livros Técnicos e Científicos, São Paulo, 1969, 536 p. 3. QUEIROZ, L. A., FERREIRA, R. F., MARQUES, M. L. S., Procedimento Operacional de Análise Mineralógica, Documento Interno Vale Centro de Pesquisas Tecnológicas, Relatório interno Vale, Gerência de Processo de Tratamento de Minério, SOMASUNDARAN, P., Role of Surface Phenomena in the Beneficiation of Fine Particles, Mining Engineering, August, 1984, p WIELEN, K. P, Application of High Voltage Breakage to a Range of Rock Types of varying Physical Properties, University of Exeter, 2013, p