Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas

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1 Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Departamento de Engenharia de Minas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral PPGEM Pós-Graduação Lato Senso em Beneficiamento Mineral PGBM Monografia CONSIDERAÇÕES SOBRE A USINA II DA SAMARCO MINERAÇÃO S/A Autor: Wanderson Nazareno de Carvalho Orientador: José Aurélio Medeiros da Luz Fevereiro/2010

2 Universidade Federal de Ouro Preto Escola de Minas Departamento de Engenharia de Minas Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral PPGEM Pós-Graduação Lato Senso em Beneficiamento Mineral PGBM CONSIDERAÇÕES SOBRE A USINA II DA SAMARCO MINERAÇÃO S/A Wanderson Nazareno de Carvalho Monografia apresentada ao Curso de Pós-Graduação em Engenharia Mineral PPGEM Pós-Graduação Lato Senso em Beneficiamento Mineral PGBM Orientador: Prof. José Aurélio Medeiros da Luz Ouro Preto Universidade Federal de Ouro Preto 2010

3 iii DEDICATÓRIA À minha esposa Elaine Cristina, pela compreensão e apoio.

4 iv AGRADECIMENTOS À Samarco Mineração S.A. pelo apoio, subsídio e constante incentivo ao estudo e desenvolvimento pessoal e profissional de seus funcionários. A Joaquim Donda pela co-orientação. Às equipes dos laboratórios de Controle de Processo e Químico pela execução e coordenação dos ensaios e análises laboratoriais. À ABM e UFOP pela oportunidade de engrandecimento científico. Ao meu orientador, Prof. José Aurélio Medeiros da Luz, pelo apoio e brilhante orientação ao longo da pesquisa. À Renato Araujo, companheiro de Jornada, pelo grande incentivo. À Antonio Claret pelo companheirismo. A todos aqueles que direta ou indiretamente colaboraram para a execução desse trabalho.

5 v RESUMO O presente trabalho investigou o circuito do segundo concentrador da Samarco Mineração S/A, buscando conhecer os equipamentos e as características do circuito de tratamento, incluindo cálculo da recuperação metálica global. Para tal foram utilizados dados disponibilizados e amostras dos produtos da Samarco. Essas amostras foram coletadas nos seguintes pontos: alimentação, underflow e overflow dos seguintes equipamentos, seguindo a rota de processo, a saber: hidrociclone primário, hidrociclone raspador, limpador, deslamador, bancos de flotação convencional, hidrociclone secundário 2º Estágio, espessador de concentrado, espessador de rejeito, e espessador lama. Em seguida determinaram-se as análises granulométrica, química, mineralógica, bem como o grau de liberação e a recuperação metálica. O presente trabalho concluiu que a Samarco Mineração S/A, isso desenvolveu um concentrador capaz de processar de forma muito satisfatória Itabiritos pobres, que possuem contaminantes como: fósforo e perda por calcinação elevadas.

6 vi ABSTRACT This work investigated the Samarco s second new iron ore concentrator, aiming to study processing equipment and circuit features, including the calculation of global metal recovery for the new plant. For such a task, data available were used and sampling of materials and products was performed. The samples were collected at the feed, underflow and overflow of the following equipment, according to the processing route, namely: primary hydrocyclones, rougher hydrocyclones, desliming hydrocyclones, mechanical flotation banks, secondary hydrocyclones, concentrate thickener, tailings thickener and slime thickener. Particle size analysis, chemical and mineralogical analysis and liberation study were made. After all metallurgical recovery was calculated. This study concluded that Samarco has developed a new concentration plant that processes very satisfactorily poor itabirites with contaminants such as phosphorus and displaying high loss on ignition.

7 vii SUMÁRIO CAPÍTULO 1 Introdução CAPÍTULO 2 Relevância e objetivo CAPÍTULO 3 Processo produtivo Samarco Principais características de processo Geologia do minério de ferro da mina de Alegria Sistema de alimentação Instalação de peneiramento e britagem Concentrador Circuito Moagem primária Deslamagem Condicionamento Flotação convencional Moagem secundária Circuito de flotação em colunas Espessamento CAPÍTULO 4 Revisão bibliográfica Os bens minerais e atividade mineradora Minério de ferro Geologia do minério de ferro da Mina de Alegria Hematita, Martita, Magnetita, Goethitaferro Hematita e Martita (Fe2O Magnetita (Fe3O4) Goethita (FeO.OH) Tratamento de minério Requisitos fundamentais do tratamento de minérios Amostragem Características de um plano de amostragem Tipos de amostragem Amostragem sistemática Amostragem estratificada Amostragem Aleatória Erro de amostragem Microscopia ótica

8 viii 4.8 Análise química Espectrometria de absorção atômica Determinação química Granulometria Hidrociclone Histórico dos hidrociclones Forças em um hidrociclone Quantificação das operações de concentração Flotação de minério de ferro Condições para flotação Aspectos gerais sobre reagentes Mecanimos de ação dos reagentes Mecanismo de interação dos reagentes CAPÍTULO 5 Metodologia Tipo de Pesquisa Composição e preparação das amostras Caracterização de cada amostra Análise granulométrica Análise química Microscopia óptica de luz refletida por faixa CAPÍTULO 6 Resultados e discussões Comparação entre o circuito da Samarco e circuito clássico de Beraldo Porcentagem de sólidos e química completa Recuperação do processo Granuloquímica Limpeza e deslamagem Rejeito e concentrado Mineralogia e Grau de liberação CAPÍTULO 7 Conclusões CAPÍTULO 8 Sugestões para trabalhos futuros CAPÍTULO 9 Referências bibliográficas

9 ix LISTA DE FIGURAS Figura 1.1 _ Circuito clássico Figura 1.2 _ Arranjos utilizados para circuitos Figura 2.1 Preço do minério de ferro Figura 3.0 Quadrilátero ferrífero Figura 3.1 Projeto do concentrador Figura 3.2 Projeto do concentrador em corte Figura 3.3 Alimentação Figura 3.4 Sistema de alimentação de AL norte Figura 3.5 Britagem do segundo concentrador de Germano Figura 3.6 Balanço de massa da britagem Figura 3.7 Projeto do peneiramento Figura 3.8 Projeto da britagem Figura 3.9 Circuito de moagem primária do novo concentrador Figura 4.0 Circuito de deslamagem Figura 4.1 Fluxograma da flotação mecânica do novo Concentrador Figura 4.2 Circuito de colunas adotado no estudo de viabilidade Figura 4.3 Localização do Complexo Alegria Figura 4.4 Influência da mineralogia nas diversas etapas de tratamento Figura 4.5 Fluxograma típico de um circuito de cominuição de minério Figura 4.6 Análise de Vício: Amostragem Automática x Amostragem de Referência 42

10 x Figura 4.7 hidrociclone típico Figura 4.8 Forças intervenientes na operação de um ciclone Figura 4.9 Separação entre duas espécies (concentração) Figura 5.0: Recuperação metálica na concentração Figura 5.1 Proporção monoamina ideal Figura 5.2 Circuito de flotação Figura 5.3 Circuito de flotação Samarco Figura 5.4 Liberação de minerais Figura 5.5 Recobrimento de uma partícula por lamas de outro mineral Figura 5.6 Probabilidade de flotar uma partícula em função do tamanho Figura 5.7 Dispersão de partículas a partir da regulagem do ph Figura 5.8 Taxa de alimentação e teor de SiO2 no concentrado Figura 5.9 Processo de flotação Figura 6.0 Paragenese de Fitch61Figura 6.1 Fluxograma da britagem Figura 6.2 Fluxograma da concentração Figura 6.3 Deslamagem e Flotação Figura 6.4 Recuperação Realizada x Programada Figura 6.5 Overflow hidrociclone Primário Figura 6.6 Alimentação da Flotação Convencional Figura 6.7 Granulometria hidrociclone Limpador Figura 6.8 Granulometria hidrociclone Deslamador

11 xi Figura 6.9 Alimentação espessador de rejeito Figura 7.9 Alimentação espessador de concentrado

12 xii LISTA DE TABELAS Tabela 3.1 Premissas operacionais - concentração Tabela 3.2 Teores e recuperações previstos Tabela 3.3 Especificações para os principais produtos do Concentrador Samarco Tabela 3.4 Composição mineralógica dos minérios de ferro das minas de Alegria 1/2/ Tabela 3.5 Composição mineralógica dos minérios de ferro das minas de Alegria 3/4/ Tabela 3.6 Composição mineralógica dos minérios de ferro da mina de Alegria Tabela 3.7 Característica das colunas de flotação Tabela 3.8 Configurações dos hidrociclones usina II Tabela 3.9 Características dos moinhos secundários Tabela 4.0 Característica das colunas de flotação Tabela 4.1 Parâmetros operacionais dos espessadores Tabela 4.2 Tabela para determinação do número de incrementos Tabela 4.3 % Sólidos, química completa Tabela 4.4 Química completa e granulometria série fina do hidrociclone primário--71 Tabela 4.5 Química completa e granulometria série fina da alimentação da flotação convencional Tabela 4.6 Granulometria série fina do hidrociclone limpador Tabela 4.7 Granulometria série fina do hidrociclone deslamador Tabela 4.8 Granuloquímica da alimentação do espessador de rejeito

13 xiii Tabela 4.9 Granuloquímica da alimentação do espessador de concentrado Tabela 5.0 Mineralogia parcial Tabela 5.1 Grau de liberação

14 1 CAPÍTULO 1 Introdução A Samarco iniciou suas operações em 1977 e, hoje, sua capacidade anual de produção é de 24 milhões de toneladas de concentrado, sendo que, 16,5 milhões de toneladas são produzidas pelo concentrador I e 7,5 milhões de toneladas do concentrador II. Destaca-se no setor de minério de ferro pelo pioneirismo e investimento em tecnologia de ponta. Foi a primeira empresa no Brasil a exportar concentrados de itabirito, um minério que era descartado como rejeito por possuir baixo teor de ferro. Atualmente o controle acionário da Samarco pertence à BHP Brasil, do grupo australiano The Broken Hill Proprietary (BHP), com 50 % das ações e a Companhia Vale do Rio Doce (CVRD), também com 50 % das ações. Seu minério é extraído no complexo das minas de Alegria, processado em Germano, transportado por mineroduto (o maior do mundo, com aproximadamente 396 km de extensão até o porto marítimo de Ponta de Ubu. As atividades da empresa realizadas de forma integrada são divididas em lavra, beneficiamento, transporte, pelotização e embarque. Na etapa de beneficiamento a cominuição é de extrema importância para obter a liberação o mineral últil que será coletado nas etapas seguintes de deslamagem e flotação, conhecer as etapas de processo torna-se necessário para garantir melhor eficiência. Segundo (LUZ, A. B.; POSSA, M. V.; ALMEIDA, S. L.M. 1998, p. 4.) Em um fluxograma de beneficiamento de minérios as operações unitárias são assim classificadas; cominuição (britagem e moagem), separação por tamanhos,(peneiramento e classificação), concentração gravítica,(agnética,eletrostática,flotação),desaguamento (espessamento, filtragem), secagem. Segundo (Beraldo,J. L. 1983, p. 4.). Um circuito de processamento de minério de forma geral, na britagem é fechado com peneiras e na moagem com classificadores, em destaque os hidrociclones. Dessa forma, conforme figura 1 o minério passa por um peneiramento, uma britagem primária, segundária, terciária, ou quaternária dependendo do tipo de minério, em seguinda passa por um moinho de barras ou de bolas, classificação e moagem novamente.

15 2 Figura 1.1 Circuito clássico de circuito de beneficiamento de minério com flotação em espuma Segundo Kelly & Spotswood (2007, P.226), Para que os hidrociclones sejam dispostos antes ou depois dos moinhos depende das características de liberação do minério. Conforme figura 1

16 3 Os principais métodos de concentração aplicados industrialmente para o tratamento de minério de ferro são os métodos densitários (ou gravíticos), magnéticos e a flotação catiônica reversa, sendo o último o principal método, mundialmente utilizado. No Brasil, a Samarco é pioneira no uso desse método de concentração. A flotação catiônica reversa é realizada em meio aquoso e são utilizadas as diferentes características de superfície dos minerais para promover a separação entre os minerais de ferro e a ganga. Nesse método, coleta-se a ganga silicática na espuma e mantém-se em polpa os minerais de ferro. Para que tal separação ocorra, deve-se conhecer as características físico-químicas do minério buscando desenvolver um processador adequado. Inserido nesse contexto, pretende-se com este trabalho conhecer a rota de processo do novo concentrador da Samarco, buscando se analisar equipamentos de moagem, deslamagem e flotação, com a devida recuperação metálica nos processos individuais, comparando a recuperação global realizada e planejada. Para tal, foi necessário analisar dados obtidos com uma amostragem na usina II.

17 4 CAPÍTULO 2 Relevância e objetivo Em 2009, a atividade mineira apresenta cenário de queda acentuada na demanda e início de um processo de crise, que interrompe, adia e reduz projetos e investimentos no setor. Observa-se na figura 3 a variação do preço do minério de ferro que queda em Figura 2.1 Preço do minério de ferro Fonte secundária Sendo assim, manter a qualidade e o custo baixo é um diferencial para ser competitivo no mercado, então torna-se fundamental conhecer bem o a rota de processo de tratamento de um devido bem mineral ao qual se deseja extrair o material útil de forma consciente, com recuperação adequada. Neste caso, o objetivo dessa pesquisa é estudar o circuito do segundo concentrador da Samarco Mineração S/A, identificando, equipamentos utilizados, com as respectivas recuperações metálicas e comparar o circuito em questão com o circuito proposto por (Beraldo,J. L. 1983, p. 4.).

18 5 CAPÍTULO 3 Processo produtivo da Samarco A Samarco é uma joint venture, em operação desde 1977, cujos acionistas são Companhia Vale do Rio Doce (CVRD) e Broken Hill Property Billiton (BHP Billiton), cada uma detendo 50,0 % do capital acionário. É a empresa de mineração pioneira no Brasil na concentração de itabirito por flotação, um minério que no passado não era explotado devido ao baixo teor de ferro e a granulometria fina. Trata-se de um processo integrado com operações em dois estados brasileiros. Na unidade de Germano, localizada no município de Mariana-MG, são realizadas as operações de lavra e de beneficiamento. Na unidade de Ponta de Ubu, localizada no município de Anchieta-ES, são realizadas as operações de pelotização, estocagem e embarque. As duas unidades são interligadas por um mineroduto de 396,0 km de extensão. Conforme figura 3.1 observa-se sua localização no Quadrilátero ferrífero. Figura 3.0 Quadrilátero ferrífero

19 6 O Novo processador tem capacidade para 7,5 milhões de toneladas anuais de concentrado. Apresenta as seguintes características: Simples e seguro: com minimização de etapas de processamento, de modo a tornar fácil de operar e de se efetuar manutenção. Compacto: Somente uma linha de deslamagem e flotação, poucas tubulações, redundância apenas em bombas (Resultado de 30 anos de experiência e aprendizado). Pequena quantidade de equipamentos: Unidades capazes de processar altas taxas de alimentação em função de equipamentos de grande porte. Busca-se maximização de recuperações e baixo consumo de reagentes. Utilização intensiva de instrumentos tais como analisador de partículas automáticos e análise por raios X em linha (PSI, RX on line), etc. Buscou-se máximo cuidado com meio ambiente, com recirculação de material de piso e maior recirculação de água, em relação à planta anterior. FLOTAÇÃO MECÂNICA FLOTAÇÃO COLUNAS SEÇÃO FLOTAÇÃO SEÇÃO CICLONAGEM SECÇÃO MOAGEM VEM DA PILHA PULMÃO MOINHOS SECUNDÁRIOS 18 X 40 Figura 3.1 Projeto do concentrador MOINHOS PRIMÁRIOS 18 X 33

20 7 3.1 Principais características de processo Capacidade: 7,5 milhões de toneladas anuais de concentrado, 2 moinhos primários de 5,5 m por 10,0 m (18 x 33 pés), 2 moinhos secundários de 5,5 m por 12,2 m (18 x 40 pés), células mecânicas de 70 m 3, Espessamento de rejeitos e utilização de espessadores tipo Hi-rate;, 5 seções: britagem, moagem, ciclonagem, flotação e espessamento. As premissas operações são: 45 % Fe na alimentação, 67 % de Fe no concentrado, 1,0 % de SiO 2, 55 % recuperação em massa, 82 % de recuperação metálica. Tabela 3.1 Premissas operacionais - concentração Mix de minérios Teor de alimentação Recuperação em peso Recuperação metálica Taxa de alimentação moagem Rendimento operacional Produção anual de concentrado 76% Samarco Remanescente, 24% Fazendão 45% Fe 55% 82% 1640 TMS/h 95% TMSc/ano Tabela 3.2 Teores e recuperações previstos Etapa Deslamagem Flotação Convencional Flotação Colunas Ponto de Recuperação Recuperação Fe SiO Amostragem 2 Peso Metálica Overflow 45,0 32,0 Underflow 44,4 90,91 89,69 Lama 51,0 Alimentação 44,4 Concentrado 64,8 4,0 63,73 93,3 Rejeito 8,2 Alimentação 64,8 Concentrado 67,2 1,0 94,79 97,99 Rejeito 25,0 Global 55,00 82,00

21 8 Figura 3.2 Projeto do concentrador em corte O processo de produção da Samarco total, considerando as duas usinas, resulta 24 milhões de toneladas de concentrado por ano, utilizado para a produção de pelotas e de finos (pellet feed + pellet screenings). As pelotas representam, aproximadamente, 90,0 % dos produtos comercializados. Toda produção é destinada ao mercado internacional. Atualmente são produzidos, na unidade de Germano, dois tipos de concentrado: CNS (concentrate normal silica) para fabricar pelotas para alto-forno e CLS (concentrate low silica) para redução direta. As especificações desses concentrados são mostradas na tabela 3.1: Tabela 3.3 Especificações para os principais produtos do Concentrador da Samarco Superfície específica Tipo de % SiO 2 % P % 74 µm % 44 µm Blaine produto (média) (máximo) (máximo) (média) (cm 2 /g) (média) Concentrado CNS 1,68±0,12 0,050 3,50 88,20±0, ±75 Concentrado CLS 1,06±0,08 0,043 3,00 88,20±1, ±81

22 9 3.2 Geologia do minério de ferro da mina de Alegria Atualmente a Samarco possui três minas em operação. Essas são denominadas Alegria 1/2/6, Alegria 3/4/5 e Alegria 9. O ferro ocorre em uma espessa sequência de formações ferríferas sedimentares metamorfizadas em itabirito denominada banded iron formation (BIF). Os principais minerais de ferro são: hematita, goethita, hematita especular e magnetita. Na gênese do minério, o quartzo e os silicatos foram removidos da superfície por intemperismo devido à lixiviação preferencial da sílica, o que levou,, à uma concentração dos óxidos de ferro no minério residual. Os minérios de ferro das minas de Alegria 1/2/6, Alegria 3/4/5 e Alegria 9 são classificados em diversos tipos de minérios itabiríticos. Em Alegria 3/4/5 ocorrem no topo da formação ferrífera: 1) itabiritos anfibolíticos e dolomíticos alterados; 2) itabiritos silicosos friáveis do tipo chapinha, com composição mineralógica variando de especularítico-martítico a martítico-especularítico e podendo apresentar quantidades consideráveis de goethita; 3) itabiritos especularíticos; 4) itabiritos martíticos-goethíticos; 5) itabiritos magnetíticos; 6) itabiritos goethíticos; 7) itabiritos especularíticos-goethíticos e 8) itabiritos martítico-especularítico-goethíticos. A área de Alegria 1/2/6 pode ser dividida, em termos de predominância de tipos de minério, em duas subáreas. Em Alegria 2, ocorrem itabiritos especularíticos, especularítico-goethíticos e, em menor proporção, itabiritos martíticos-especularíticogoethíticos, magnetíticos e martíticos-goethíticos. Nessa área, ocorre uma grande lente de hematita compacta, circundada por porções de hematita friável a pulverulenta (brechas), que aflora na topografia atual da mina e se estende, em profundidade, por mais de 100,0 m. Entre as áreas de Alegria 2 e Alegria 1/6, ocorre uma camada espessa de itabirito anfibolítico argiloso em contato direto (basal) com a lente de hematita descrita acima. Na área de Alegria 1/6, predominam os itabiritos martítico-especularítico-goethíticos, itabiritos martítico-goethíticos, itabiríticos anfibolíticos e itabiritos magnetíticos. A área de Alegria 9, de forma geral, apresenta os itabiritos que podem ser agrupados em três domínios geológico-tipológicos distintos: o primeiro localizado a oeste, onde se encontram os itabiritos menos hidratados e, portanto, mais especularíticos (martíticos-

23 10 especularíticos e especularíticos-martíticos). O segundo, localizado na região mais central, é composto principalmente por itabiritos anfibolíticos, martíticos-goethíticos e martíticos, sendo, então, um domínio mais hidratado e onde a especularita está praticamente ausente. No terceiro domínio, localizado a leste, a especularita volta a estar presente em grandes proporções, podendo chegar a ser o único mineral predominante. As composições mineralógicas dos minérios de ferro das minas de Alegria 1/2/6, Alegria 3/4/5 e Alegria 9 podem ser visualizadas nas tabelas 3.2, 3.3 e 3.4, respectivamente. Tabela 3.4 Composição mineralógica dos minérios de ferro das minas de Alegria 1/2/6 Mineralogia Tipologia M/G A M/E/G G/M Percentual de Hematita Porosa 70,8 46,0 49,7 37,3 Percentual de Hematita Especular 4,7 2,3 29,3 12,3 Percentual de Goethita 22,1 44,7 17,8 23,9 Percentual de Magnetita 2,3 7,0 3,2 26,4 Tabela 3.5 Composição mineralógica dos minérios de ferro das minas de Alegria 3/4/5 Mineralogia Tipologia G/M E/M/G M/E/G E/G/M M/G E Percentual de Hematita Porosa 40,1 38,6 51,9 26,0 66,2 3,8 Percentual de Hematita Especular 14,2 49,2 35,7 45,3 6,7 93,7 Percentual de Goethita 42,2 11,3 11,2 27,9 26,0 2,5 Percentual de Magnetita 3,5 0,9 1,2 0,8 1,1 0

24 11 Tabela 3.6 Composição mineralógica dos minérios de ferro da mina de Alegria 9 Mineralogia Tipologia M A M/E E/M 1 E/M 2 M/G Percentual de Hematita Porosa 86,4 56,6 56,5 33,9 36,1 60,3 Percentual de Hematita Especular 4,1 0,6 37,2 56,4 56,2 9,4 Percentual de Goethita 7,4 42,0 5,9 8,8 7,0 28,7 Percentual de Magnetita 2,1 0,8 0,4 0,9 0,7 1,6 Onde: A E G M Anfibolítico Especularítico Goethítico Martítico

25 Sistema de alimentação O processo produtivo se inicia com as operações de lavra. Anualmente são lavradas cerca de 28,0 milhões de toneladas de minério itabirítico, proveniente das minas de Alegria 1/2/6, Alegria 3/4/5 e Alegria 9, pertencentes ao Complexo de Alegria, conforme ilustra a figura 3.3. As reservas da Samarco estão estimadas em 5,0 bilhões de toneladas de minério itabirítico. Figura 3.3 Alimentação A lavra do minério é a céu aberto, com relação estéril-minério de 0,42. Por se tratar de um minério friável, o desmonte é normalmente executado por tratores de lâminas, sendo desmonte por explosivo muito pouco utilizado e ocorrendo em porções de estéril. Atualmente são utilizados dois métodos de lavra. No primeiro método, denominado convencional, as carregadeiras alimentam os caminhões que transportam o minério lavrado até os carregadores de alimentação das correias transportadoras localizadas a distâncias de, no máximo, 2,0 km das frentes de lavra. No segundo método, as carregadeiras alimentam diretamente carregadores instalados nas próprias frentes de lavra, a distâncias de transporte de, no máximo, 80,0 m. Esse método é o mais utilizado para a lavra de minério por proporcionar menores custos operacionais.

26 13 Figura 3.4 Sistema de alimentação de AL norte O minério proveniente das minas de Alegria 1/2/6 e Alegria 3/4/5 é estocado em uma pilha-pulmão, com capacidade para t. Posteriormente é transportado por um sistema de correias, com 5,5 km de extensão e capacidade nominal de 3750 t/h, até a instalação de britagem. O minério lavrado na mina de Alegria 9 também segue para a instalação de britagem através de outro sistema de correias, com 1,9 km de extensão e com a mesma capacidade. Todo material lavrado encontra-se 100,0 % menor que 150,0 mm. O teor de corte da mina está na faixa de 33,0 % de ferro. Os tipos de minério das diversas frentes de lavra são blendados para se obter um teor médio de ferro de aproximadamente 47,0 % na alimentação do concentrador.

27 Instalação de peneiramento e britagem A instalação de britagem tem como objetivo reduzir a granulometria do minério ROM de 100,0 % menor que 150,0 mm para 98,5 % menor que 12,5 mm. A britagem é a seco, o que permite um fluxograma mais simples, conforme mostrado na figura 3.5. Consiste em um peneiramento primário em peneiras banana, em dois decks. O PASSANTE (undersize) do segundo deck é produto final; o retido (oversize) do primeiro alimenta a britagem primária, e o do segundo deck alimenta os britadores secundários. Os produtos das duas etapas de britagem retornam para a alimentação das peneiras, como carga circulante. A adoção de peneiras tipo banana é atualmente um padrão em projetos de novas instalações, já que este tipo de peneira é mais eficiente. Já se encontra estabelecida uma prática operacional de vários anos que permitirá atingir a taxa de alimentação do concentrador mesmo no período de maior intensidade de chuvas A adoção de uma pilha cônica com capacidade útil de 20 horas é um considerável fator positivo em relação à capacidade atual da pilha do tripper-car do concentrador de Germano, suficiente para 6 horas de operação. A capacidade total da pilha permitirá paradas maiores caso sejam deslocadas máquinas para empurrar o minério britado aos alimentadores.

28 15 Figura 3.5 Britagem do segundo concentrador de Germano Figura 3.6 Balanço de massa da britagem

29 16 Figura 3.7 Projeto do peneiramento Figura 3.8 Projeto da britagem

30 Concentrador Moagem primária O circuito do novo concentrador consiste em dois moinhos de bolas em estágio único, circuito direto fechado com hidrociclones, operando em paralelo, conforme mostrado na figura O overflow dos hidrociclones, produto final dos dois moinhos, alimenta uma única linha de processamento para as etapas de deslamagem, flotação mecânica, remoagem e espessamentos. O objetivo da moagem é reduzir a granulometria do minério proveniente da britagem que se encontra 98,5 % menor que 12,5 mm para,78 % menor que 149 µm (malha 100). Tabela 3.7 Características dos Moinhos Primários Fabricante Acionamento Dimensões Energia requerida Potência % Velocidade Crítica Revestimento % Enchimento Carga circulante Polysius Motor/Redutor (COMBIFLEX) 18x33 ft (2x) 7,5 kwh/tmsc 5500 kwh 74% Borracha (Barra/Placa Simples) 35% 200%

31 Overflow 10% + 0,149mm 18 Minério britado 12,5mm Moinho Primário 2 x 18x33 pés Figura 3.9 Circuito de moagem primária do novo concentrador Adiciona-se solução de hidróxido de sódio na alimentação dos chamados pré-moinhos, com concentração de 20,0 % (p/v), com a finalidade de se manter a polpa em ph alcalino, minimizando-se assim a corrosão dos corpos moedores e do revestimento. Utiliza-se uma dosagem de 0,04 l/t de minério. O minério proveniente da britagem é retirado da pilha cônica por alimentadores rotativos e conduzido para a pré-moagem através de transportadores de correia Deslamagem O circuito de deslamagem é essencialmente o mesmo do atual Concentrador de Germano, com uma etapa rougher feita em hidrociclones de 15 polegadas de diâmetro, uma etapa cleaner feita em hidrociclones de 10 polegadas e uma etapa scavenger feita em hidrociclones de 4 polegadas ou equivalente. Inicialmente foi considerada a utilização de hidrociclones de 3 polegadas na etapa scavenger. No entanto, hidrociclones modernos de 4 polegadas de diâmetro, com geometria adequada, podem cortar tão fino quanto os de 3 polegadas. Não haverá a etapa scavenger final, aquela feita na planta de recuperação de finos das lamas. Com a utilização de hidrociclones modernos nas etapas rougher e cleaner, que também cortam mais fino, não se justifica a ultima etapa da planta de finos, como é feita no concentrador de Germano. Desta forma

32 19 há também uma simplificação no fluxograma e redução significativa no investimento do novo concentrador. O circuito adotado é mostrado na figura 4.1 Peneira de proteção Overflow dos ciclones primários 15 Para espessador de lamas 4 10 Para flotação Figura 4.0 Circuito de deslamagem Este circuito tem capacidade de extração de lamas suficiente para suportar as variações que normalmente ocorrem nos minérios. Para o circuito de deslamagem são os seguintes os teores adotados para o balanço de massas: Alimentação: 45,0 % Fe; Overflow (lamas): 51,0 % Fe; Underflow (alim. flotação): 44,4 % Fe Com estes teores, ter-se-ão as seguintes recuperações: Em massa: 90,91 %; Metálica: 89,69 % É adicionada soda como dispersante com a finalidade de se atingir o ph ótimo de dispersão da polpa, adiciona-se na caixa de descarga dos moinhos primários uma solução de hidróxido de sódio, com concentração de 20,0 % (p/v). A adição dessa solução favorece a dispersão das partículas, propiciando uma deslamagem eficaz. A dosagem da solução é controlada pelo ph da polpa e o grau ótimo de dispersão ocorre em uma faixa de ph entre 8,5 e 9,2 A introdução do peneiramento para extrair materiais que poderiam entupir os hidrociclones scavenger de 4 polegadas será um fator positivo para a operação desta

33 20 etapa. No concentrador atual esta etapa não existe e são frequentes os entupimentos devido à presença de fragmentos de borracha, metálicos e outros. Isto provoca reduções na recuperação desta etapa e ocorre a presença de lamas na flotação, comprometendo indiretamente os resultados desta etapa, além de provocar desequilíbrios operacionais. O objetivo da etapa de deslamagem é remover as partículas menores que 10,0µm presentes no produto da moagem primária, que interferem na seletividade do processo subsequente de flotação.. Tabela 3.8 Configurações dos hidrociclones usina II Identificação Circuito Número Seção Vórtex Ápex Válvulas Observação Sobressalentes CICLONES PRIMÁRIOS ( KREBS ) G02-05CS001 1 a 8 45pol2 10" 5" Pneu. Man. Vórtex Ápex 16 ciclones de 26" de diâmetro * de 10" (Aço Revest.) 32* de 5" (Bor.) G02-05CS002 1 a 8 45pol2 10" 5" 8 0 G02-06CS001 1 a 11 11pol2 4.1/2" 2.1/ * de 4.1/2" (Aço revest.)22* de 2.1/2 (Bor.) CICLONES RASPADORES ( KREBS ) 22 ciclones de 15" de diâmetro G02-06CS002 1 a 11 11pol2 4.1/2" 2.1/ Bat 01, 02, 03 41mm 13 mm 6 12 Via DT 20* de 41mm (Poli.) 50* de 13 mm (Poli.) G02-06CS mm2 CICLONES DESLAMADORES ( AKW ) Bat 04, 05 41mm 13 mm G02-06DT ciclones de 4" de diâmetro Bat 01, 02, 03 41mm 13 mm 6 12 Via DT G02-06CS mm2 22 ciclones cada bateria Bat 04, 05 41mm 13 mm G02-06DT004 G02-06CS003 1 a pol2 3" 1.3/4" 19* de 2.1/2" (Açõ revest.)36* de 1.1/2" (Bor.) CICLONES LIMPADORES ( KREBS ) 36 ciclones de 10" de diâmetro G02-06CS004 1 a pol2 3" 1.3/4'' CICLONES SECUNDÁRIOS ( KREBS ) G02-09CS001 1 a /2" 1.1/2" * de 3" (Aço revest.) 12* de 1.1/2" (Bor.) 7.8pol2 56* de 1.3/4" (Bor.) 1º ESTÁGIO G02-09CS004 1 a /2" 1.1/2" pol2 24 ciclones de 10" de diâmetro G02-09CS002 1 a /2" 1.1/2" 3 7 Via DT CICLONES SECUNDÁRIOS ( KREBS ) 7.8pol2 G02-09DT002 2º ESTÁGIO G02-09CS003 1 a /2" 1.1/2" ciclones de 10" de diâmetro G02-09CS005 1 a /2" 1.1/2" Via DT 7.8pol2 G02-09DT003 Obs.: *material já adiquirido na RC Nº e Nº G02-09CS006 1 a /2" 1.1/2"

34 Condicionamento O objetivo da etapa de condicionamento é propiciar condições favoráveis para a adsorção do amido na superfície dos minerais de ferro. O amido é utilizado como depressor desses minerais na flotação catiônica reversa. O condicionamento é realizado em dois tanques, por linha, denominados condicionadores primário e secundário. Cada tanque possui um volume de 15,0 m 3. No tanque de condicionamento primário ocorre a adição de uma solução de amido, com concentração de 5,0 % (p/v), previamente gelatinizada com uma solução de hidróxido de sódio, com concentração de 1,0 % (p/v). A dosagem praticada varia entre 350,0 g/t e 550,0 g/t. O tempo de residência da polpa nos tanques é de aproximadamente 3,0 minutos. Na saída do tanque de condicionamento secundário, adiciona-se uma solução de amina, com concentração de 3,5 % (p/v), utilizada como coletor da sílica. Visando a promover a adsorção da amina na superfície do quartzo mantém-se o ph no processo de flotação em torno de 10,0. Após o condicionamento o minério alimenta as células de flotação convencional que correspondem à primeira etapa de concentração Flotação convencional O fluxograma da flotação mecânica do novo concentrador. São utilizadas 13 células de 70 m 3, totalizando 910 m 3 conforme mostrado na figura 4.3. O objetivo da etapa de flotação mecânica, denominada flotação convencional, é promover a primeira separação entre os minerais de ferro e a ganga. O fluxograma é o original do Concentrador de Germano, acrescido de uma etapa scavenger e de uma etapa em que é feita uma flotação cleaner do concentrado scavenger. Busca-se com essas alterações : Aumentar a recuperação com a execução da operação scavenger em três etapas, uma a mais do que o circuito original e duas a mais do que é praticado atualmente.

35 22 Fazer uma flotação da carga circulante antes de retorná-la para a alimentação nova do circuito. Com o aumento do volume das células haverá também um aumento do tempo de flotação rougher+cleaner. Este aumento do tempo de flotação permitirá uma operação menos estrangulada destas etapas em relação ao que é atualmente praticado, com benefícios para a qualidade do concentrado e também para o rejeito, diminuindo a quantidade de minerais de ferro arrastados para a espuma. Para o circuito de flotação mecânica são os seguintes os teores adotados para o balanço de massas: Alimentação: 44,4 % de Fe; Concentrado: 64,8 % de Fe, 4 % de SiO2; Rejeito: 8,2 % de Fe. Com estes teores resultam as seguintes recuperações: Em massa: 63,73 %; Metálica: 93,30 % Flotação mecânica Underflow deslamagem AMIDO AMINA Concentrado moagem secundária Rejeito - barragem Figura 4.1 Fluxograma da flotação mecânica do novo Concentrador

36 Moagem secundária O circuito selecionado consiste em dois moinhos operando em paralelo, com circuito inverso. É feita uma primeira classificação em circuito aberto e em uma segunda etapa o circuito é fechado no mesmo moinho. O material é remoído antes da alimentação das colunas. Desta forma, os seguintes fatores estão assegurados: a passagem do quartzo pelo interior do moinho; o circuito é mais simples, pois não haverá a necessidade de instalação de tubulações para criar circuitos alternativos e haverá menor interdependência entre os moinhos. A parada de um deles não afeta a operação do outro; a granulometria na alimentação das colunas será mais fina; o consumo de bolas deverá ser menor, uma vez que o teor de quartzo no interior dos moinhos será menor; a eficiência de moagem deverá ser maior, pois não haverá moinho operando somente em circuito aberto. Taxa de alimentação = 869 t/h de concentrado. Utilizando dois moinhos = 434,5 t/h por moinho. Arredondando: 435 t/h. Tabela 3.9 Características dos moinhos secundários Fabricante Acionamento Dimensões Energia requerida Potência % Velocidade Crítica Revestimento % Enchimento Carga circulante Polysius Motor/Redutor (COMBIFLEX) 18x40 ft (2x) 12,5 kwh/tmsc 5800 kwh 74% Borracha (Barra/Placa Onda Dupla) 33% 200%

37 Circuito de flotação em colunas Como pode ser observado, o circuito é mais simples devido à retirada das colunas e da etapa de classificação em hidrociclones. Outra modificação importante foi a alimentação das colunas rougher e cleaner por gravidade, eliminando duas etapas de bombeamento. A configuração final do circuito será então, a seguinte: 02 colunas rougher de 4,2 m de diâmetro e 14,5 m de altura; 02 colunas cleaner de 4,2 m de diâmetro e 10,0 m de altura; 02 células mecânicas de 42,5 m 3 de volume.. Para o circuito de colunas são os seguintes os teores adotados para o balanço de massas: Alimentação: 65,0 % de Fe; Concentrado: 67,2 % de Fe, 1,0 % de SiO2; Rejeito: 25 % de Fe. Com estes teores, resultam as seguintes recuperações: Em massa: 94,79 %; Metálica: 97,99 %.Para a recuperação global do circuito do concentrador resultam os seguintes valores: Em massa = 90,91 x 63,73 x 94,79 x10-4 = 54,91 % 55% Metálica = 89,69 x 93,30 x 97,99 x 10-4 = 81,98% 82% C o n c e n tr a d o r e m o íd o P a r a e s p e s s a d o r d e r e je it o s P a r a t a n q u e s d o m in e r o d u t o Figura 4.2 Circuito de colunas adotado no estudo de viabilidade

38 25 Tabela 4.0 Característica das colunas de flotação Item Aerador Calhas de espuma Válvula de descarga Válvula de ar Dispositivo contra aterramento Medição de nível de espuma Dimensões Carry capacity Medidor de vazão de ar Tubo alimentação Altura do tubo de alimentação Lip loading Consumo de ar Consumo de ar Água de lavagem Característica Slamjet (12 p/ coluna) Concêntricas (3 p/ coluna) Pinch Valve LAROX 8 /6 Fischer Rosemount Injeção água/ar Ultra-som + bóia 4,5x13,0m 1,62 t/h/m2 Vortex Flowmeter Rosemount 3 356mm 3.500mm (do topo) 1,2 m3/h/m 424 Kg/h/m 1,84 (6 Kgf pressão) 1,85 cm/s NÃO Nesse circuito são adicionadas uma solução de amina, com concentração de 3,5 % (p/v), na alimentação das colunas rougher e uma solução de amido com concentração de 5,0 % (p/v) nas colunas scavenger, solução previamente gelatinizada com uma solução de hidróxido de sódio, com concentração de 1,0 % (p/v). O ph da polpa na alimentação das colunas varia entre 10,0 e 10,5.

39 Espessamento Na alimentação do espessador é adicionada cal, um agente coagulante no ph da polpa, cuja função é contrária à da soda. Altas dosagens de cal levam ao aumento deste componente na água recuperada do espessador de lamas, exigindo altas dosagens de soda na alimentação da deslamagem, que levariam por sua vez a altas dosagens de cal para contrapô-la. Desta forma, o equilíbrio é mantido com os dois elementos em dosagens mínimas. Se Fosse adotado espessador tipo Deep Cone, a necessidade de altas dosagens de cal seria maior, e em consequência o risco de romper este equilíbrio dispersão/coagulação (também seria alto). Então foi tomada a decisão de se adotar um espessador Hi-Rate de 35 m de diâmetro. Espessamento de lamas: 01 espessador de 35 m de diâmetro; Espessamento de concentrado: 01 espessador de 38 m de diâmetro; Espessamento de rejeitos: 01 espessador de 27 m de diâmetro. Tabela 4.1 Parâmetros operacionais dos espessadores Parâmetro Alimentação (t/h) Vazão de água alimentação (m 3 /h) % sólidos alimentação Densidade do sólido Vazão de água underflow (m 3 /h) % sólidos underflow Vazão de agua overflow (m 3 /h) Espessador Lama Concentrado Rejeito ,84 39,57 49,44 3,9 4,9 2, ,08 69,97 65, Essa etapa do processo tem como objetivo adequar o percentual de sólidos na polpa para o transporte por mineroduto e permitir, também, a reutilização de parte da água.

40 27 CAPÍTULO 4 Revisão bibliográfica Nesse capítulo é apresentada uma revisão da literatura relativa aos tópicos pertinentes ao presente estudo. Serão comentados alguns trabalhos já realizados sobre recuperação de amina descartada do processo de flotação catiônica reversa de minérios de ferro, assunto que representa a linha central desta pesquisa, e serão revisados alguns aspectos gerais sobre a flotação catiônica reversa. 4.1 Os bens minerais e atividade mineradora Os bens minerais têm uma importância significativa para a sociedade, a tal ponto que as fases de evolução da humanidade são divididas em função dos tipos de minerais utilizados: idades da pedra, do bronze, do ferro, etc. Nenhuma civilização pode prescindir do uso dos bens minerais, principalmente quando se pensa em qualidade de vida, uma vez que as necessidades básicas do ser humano - alimentação, moradia e vestuário - são atendidas essencialmente por estes recursos. Segundo Araújo (2007, p.11), a mineração é uma atividade que é (e continuará sendo) a principal provedora de materiais para a humanidade. A atividade mineraria contribui para o crescimento dos seguintes seguimentos: rodovia, ferrovia, hidroelétrica, termoelétrica, computador, televisão, fogão, geladeira, combustível, alimentos - corretivo de solo, fertilizante, defensivo agrícola, lápis, papel, borracha, giz, louças, talheres, panelas, martelo, serra, torno, automóvel, avião, barco, medicamento, perfumaria, água. A atividade mineral disponibiliza para a sociedade recursos minerais essenciais ao seu desenvolvimento. A mineração atende a todas as demandas sociais, fornecendo os meios necessários à sua satisfação, e o faz remunerando os principais setores da economia: o comércio, a indústria, a agricultura e o setor de serviços. Ademais, atende às diversas demandas sociais e culturais da humanidade: habitação, iluminação pública, transporte, educação, saúde, segurança pública, cultura, lazer etc.

41 28 Outros impactos positivos oriundos da mineração podem, resumidamente, ser apontados da seguinte forma:. Desenvolvimento regional, por ser responsável pela interiorização de atividades econômicas, pois as jazidas encontram-se onde as condicionantes geológicas as criaram;. Geração de empregos e aperfeiçoamento da mão-de-obra local e regional, pelo efeito multiplicador que ela projeta nas atividades subsequentes. Para cada emprego direto da atividade extrativa, de 10 a 15 indiretos são criados nas atividades posteriores;. Fonte geradora de desenvolvimento de outros setores da economia, por ser fornecedora de insumos indispensáveis à viabilização deles.. Fonte geradora de tributos, gerando recursos para os municípios, estados e o país. 4.2 Minério de ferro O ferro é o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre, depois do oxigênio, silício e alumínio. Sua concentração geoquímica na litosfera é de 4,2%. É muito raro encontrá-lo em sua forma nativa, ocorrendo somente em alguns basaltos e meteoritos. Cerca de 300 minerais têm o ferro como componente essencial, mas somente os óxidos e hidróxidos apresentam grandes concentrações (WALDE, 1986). Destacam-se como minerais-minério de ferro a hematita (Fe 2 O 3 ), a magnetita (Fe 3 O 4 ), a goethita (FeO.OH), a siderita (FeCO 3 ) e a chamosita (3FeO.Al 2 O 3.3H 2 O). Segundo ABREU (1973), os fatores que deram ao ferro a supremacia que este hoje desfruta foram: a substituição do carvão de madeira pelo coque mineral permitindo expandir grandemente a sua fabricação; a descoberta dos processos de transformação do ferro gusa em aço; o conhecimento das propriedades magnéticas do ferro e a descoberta de Oersted sobre os fenômenos eletromagnéticos, princípios em que se fundamentam a construção de dínamos e motores elétricos; a descoberta de Robert Hadfield sobre a melhoria das propriedades do aço com a adição substancial de manganês, fato que deu origem à era dos aços especiais.

42 Geologia do minério de ferro da Mina de Alegria A mineralogia do minério, os teores de ferro, a estrutura e a textura das rochas que contêm o mineral-minério, a paragênese e os diversos aspectos geológicos são fatores determinantes para o sucesso econômico dos empreendimentos de empresas mineradoras (PINHEIRO, 2000). Dentro do pacote de rochas itabiríticas da jazida de Alegria, vários tipos de minério de acordo com o mineral-minério predominante foram identificados e classificados por HASUI et al (1993) para as minas do Complexo Alegria. Foram utilizados critérios para diferenciação dos diversos tipos, baseados na identificação do mineral predominante, como já citado, e também nas características físicas dos minérios, tomando por base o tamanho da abertura de peneira de 9,52 mm. Dessa forma, os itabiritos passaram a ser identificados como itabiritos martíticos, especularíticos, goethíticos ou magnetíticos, conforme o mineral predominante. Os itabiritos portadores de pseudomorfos de anfibólio foram identificados como anfibolíticos. Quanto à compacidade, os itabiritos foram adjetivados como friáveis, intermediários ou compactos, conforme a porcentagem retida na abertura de peneira de 9,52mm, respectivamente: menor que 40%, entre 40 e 60% e maior que 60%. Esses critérios refletem, localizadamente, a natureza e intensidade dos processos geológicos geradores dos minérios e, portanto, essa classificação tem um caráter geológico estrutural. Posteriormente, com base em informações de análises químicas, físicas e mineralógicas, obtidas através de novos furos de sondagem, foi observado que, embora exista a predominância de um mineral sobre os outros, é comum a presença de um segundo e, às vezes, um terceiro mineral com percentuais elevados. Essa associação confere ao minério características químicas e comportamento nos processos bastante diferentes daqueles relativos aos minérios com franco predomínio de um mineral. ROCHA (2005) classifica os minérios de ferro das minas de Alegria 1/2/6, Alegria 3/4/5 e Alegria 9 em diversos tipos de minérios itabiríticos. Em Alegria 3/4/5 ocorrem no topo da formação ferrífera: 1) itabiritos anfibolíticos e dolomíticos alterados; 2) itabiritos silicosos friáveis do tipo chapinha, com composição mineralógica variando de especularíticomartítica a martítico-especularítica e podendo apresentar quantidades consideráveis de goethita; 3) itabiritos especularíticos; 4) itabiritos martíticos-goethíticos; 5) itabiritos