GEOMETALURGIA INTEGRANDO MINA E BENEFICIAMENTO PARA AUMENTO DA PRODUTIVIDADE VAZANTE, MG

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1 XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa Poços de Caldas-MG, 8 a 22 de Outubro 205 GEOMETALURGIA INTEGRANDO MINA E BENEFICIAMENTO PARA AUMENTO DA PRODUTIVIDADE VAZANTE, MG LEMOS, M.G., BECHIR, J.L.C. 2, LOPES, L.M.C. 3, SOUZA, A.D. 4, BHERING, A.P. 5, MARTINS, E.L.C. 6, CALDAS, L.A. 7, CAMPOS, F.G.R.G. 8, CARMO, L.F.A. 9, ARANTES, M.P.O. 0, SILVA, M.P., METSAVAHT, V. 2 Votorantim Metais, mariana.lemos.ml@vmetais.com.br 2 Votorantim Metais Zinco, jorge.bechir@vmetais.com.br 3 Votorantim Metais Zinco, lucas.lopes.ll@vmetais.com.br 4 Votorantim Metais, adelson.souza@vmetais.com.br 5 Votorantim Metais, apolo.bhering.ab@vmetais.com.br 6 Votorantim Metais Zinco, eder.martins@vmetais.com.br 7 Votorantim Metais Zinco, leandro.araujo@vmetais.com.br 8,9 Votorantim Metais Zinco, flavia.vargas@vmetais.com.br 0 Votorantim Metais Zinco, marcelo.oliveira@vmetais.com.br Votorantim Metais Zinco, marcos.silva.ms3@vmetais.com.br 2 Votorantim Metais Zinco, valerio.metsavaht@vmetais.com.br RESUMO Em um depósito mineral, além da variação de teor, existem inúmeros outros parâmetros que impactam diretamente no rendimento final de um empreendimento. Exemplos destes parâmetros é variação de dureza, mineralogia, grau de liberação do mineral minério, porosidade, entre outros. Este trabalho, visa demonstrar uso destes parâmetros geometalúrgicos, na rotina entre as áreas operacionais de uma mineração ativa, identificando previamente a variabilidade do comportamento metalúrgico de diferentes tipos de minérios e, além disso, apoiam a ininterrupções dos processos. Através da busca deste conhecimento, envolvendo caracterização geológica mais detalhada; associada e correlacionada com as características metalúrgicas, pôde-se chegar a adequação no processo do tratamento de minérios, com aumento da eficiência do sistema minério - tratamento metalurgia, além da previsibilidade do comportamento mineiro do empreendimento ano a ano da Mina de Vazante. O entendimento do comportamento geometalúrgico gera inúmeras informações e essas devem ser usadas de modo a contribuir para o planejamento estratégico de um empreendimento, tornando-se imprescindível na tomada de decisão. PALAVRAS-CHAVE: geometalurgia; zinco; caracterização tecnológica. ABSTRACT In a mineral deposit besides the grade variation, numerous other parameters can directly the costs and revenues of a mine. Examples of these parameters is variation of hardness, liberation of ore minerals, mineralogy, porosity and others. The paper aims to demonstrate geometallurgical use of these parameters, between the operating areas of an active mining, by identifying the variability of the metallurgical behavior of different types of ores and, in addition, the stability of the supporting processes. Through the pursuit of this knowledge, involving a more detailed geological characterization, associated and correlated to the metallurgical characteristics, was reached to the suitability of the ores treatment, with increased in

2 Lemos, M.G.; Bechir, J.L.C.; Lopes, L.M.C.; Souza, A.D.; Bhering, A.P.; Martins, E.L.C.; Caldas, L.A.; Campos, F.G.R.G.; Carmo, L.F.A.; Arantes, M.P.O.; Silva, M.P.; Metsavaht, V. the efficiency of the system treatment - metallurgy, beyond the predictability of metallurgic behavior of year by year of the Vazante Mine. KEYWORDS: geometallurgy; zinc; technological characterization.

3 . INTRODUÇÃO XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa Poços de Caldas-MG, 8 a 22 de Outubro 205 A Faixa Vazante-Paracatu, localizada na região noroeste de Minas Gerais, representa o mais importante distrito zincífero do país. Estes depósitos são hospedados em rochas do Grupo Vazante (Dardenne et al., 998), constituído, em geral, por metarritmitos, metapelitos e metadolomitos, e que representa uma das unidades metassedimentares do segmento sul da Faixa de Dobramentos Brasília (Almeida, 967). A mina de Vazante (dividida em quatro regiões: Lumiadeira, Extremo Norte, Bocaina e Sucuri) é responsável por grande parte da produção de concentrado de zinco brasileira, ostentando recursos estimados em 3 milhões de toneladas com teor médio de 6% de zinco (minério willemítico de Vazante; Votorantim Metais Zinco, 203). Nos últimos anos, depósitos de zinco não-sulfetados vêm-se destacando no cenário internacional (Sangster, 2003; Brugger et al., 2003; Hitzman et al., 2003) devido aos teores de zinco mais elevados desse tipo de minério e aos avanços nas tecnologias de processamento mineral, que permitem a produção de concentrados de zinco de alta pureza com menor consumo de energia nos processos de beneficiamento. Paralelamente a este fator, os minérios disponíveis tornam-se cada vez mais complexos e com teores mais baixos, reduzindo a qualidade dos concentrados disponíveis e dos teores a serem tratados (Ciminelli, 2005). Como forma de manter e tornar o processo competitivo frente aos outros metais, as empresas produtoras de zinco buscam intensa e continuamente alternativas para a otimização de seus processos e a redução dos custos operacionais. Na Mina de Vazante, o principal tipo de minério é o willemítico, com sulfetos de chumbo subordinados. Os dois tipos são extraídos (silicatado e sulfetado) e tratados em plantas de concentração por meio de processo de britagem, moagem e flotação, resultando em um concentrado de chumbo, com prata agregada; e outro de Zn silicatado. Na usina de beneficiamento, existem dois circuitos: Calamina e Willemita. Neste último são realizadas concentrações de sulfetos de Pb, e posterior concentração de willemita (ZnSiO4); enquanto no circuito calamina são recuperados apenas o silicato de Zn (Votorantim Metais, 203). Os teores de Pb no concentrado sulfetado atingem 26%, além disso, são monitorados os teores de Ag, pois, mesmo com baixa concentração, este elemento pode ser prêmio dependendo do seu conteúdo. Por outro lado, os teores de zinco no concentrado silicatado são próximos a 40% com recuperação de 89%, sendo que, o baixo conteúdo de Mg é indicador da qualidade, pois altas concentrações de MgO contribuem para baixar a eficiência da eletrólise em Três Marias (Martins, 203). O concentrado de Zn silicatado alimenta a planta hidrometalúrgica e juntamente com o concentrado sulfetado da Mina Morro Agudo, resultam na produção de lingote, ligas metálicas, óxido de zinco, ácido sulfúrico e matérias primas para a indústria de micronutrientes (Reis, 200 in Silva, 2006). O cenário que antecede a implantação/operação do Projeto Geometalurgia era o seguinte: os teores de concentrado de Zn silicato apresentavam uma instabilidade perante a especificação (Gráfico A) e, o teor de Pb alcançava valores muito abaixo do contratado (Gráfico B - Pb médio 0% contra contratado 50%) e também alta instabilidade. Em geral, a instabilidade aumentou, principalmente, no segundo semestre de 202.

4 Lemos, M.G.; Bechir, J.L.C.; Lopes, L.M.C.; Souza, A.D.; Bhering, A.P.; Martins, E.L.C.; Caldas, L.A.; Campos, F.G.R.G.; Carmo, L.F.A.; Arantes, M.P.O.; Silva, M.P.; Metsavaht, V. A Individual Value Teor de Pb no Concentrado _ X=6,52 B UC L=3, Observation Gráfico. A) Variação do teor de Zn no concentrado silicatado B) Variação do teor de Pb no concentrado sulfetado... Geometalurgia conceito e importância Em um depósito mineral, além da variação de teor, existem inúmeros outros parâmetros que impactam diretamente no rendimento final de um empreendimento. Exemplos destes parâmetros é variação de dureza, mineralogia, grau de liberação do mineral minério, porosidade, entre outros. A geometalurgia envolvem estudos de desenvolvimento tecnológico, nas áreas de caracterização mineralógica, britagem, moagem, flotação, entre outros. O detalhamento da natureza e complexidade das tipologias minerais presentes em uma jazida visa definir a melhor oportunidade para a extração do elemento de interesse. O uso destes parâmetros geometalúrgicos, quebram barreiras entre as áreas operacionais identificando previamente a variabilidade do comportamento metalúrgico de diferentes tipos de minérios e, além disso, apoiam a estabilidade dos processos. O objetivo deste artigo é demonstrar como as ferramentas da geometalurgia contribuem para aumentar a previsibilidade do comportamento do minério de Vazante, perante as etapas de beneficiamento e metalurgia. Os resultados esperados são: o aumento da recuperação e apoio na melhoria da estabilidade do processo, correlacionando às características geológicas com os parâmetros de tratamento dos minérios LC L=0,02 2. MATERIAL E MÉTODOS A implantação do Projeto Geometalurgia iniciou-se em Fevereiro de 203, consolidando em Maio de 203. Este trabalho se descreve conforme fluxograma da Figura.

5 XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa Poços de Caldas-MG, 8 a 22 de Outubro 205 Figura. Fluxograma do processo geometalúrgico (Votorantim Metais, 203). A primeira etapa do trabalho definiu-se através da separação e composição das amostras de furo de sonda, a serem testadas, de acordo com o sequenciamento de longo e médio prazo. Todas essas amostras representam os blocos de lavra que eram previstos para alimentação da usina em 203, e foi base dos testes de bancada geometalúrgicos. Além disso, as informações geotécnicas, como qualidade do maciço também são considerados, principalmente devido às rochas de Vazante estar inseridas em um contexto geológico cárstico, o que favorece a formação de estrutura como fendas, impactando a recuperação do metal devido à presença de lama (slime coating), por exemplo. Os principais parâmetros obtidos nos testes geometalúrgicos são recuperação Pb e Zn, teor de concentrado, work index, granuloquímica, teor de contaminantes, grau de enriquecimento, especificações de moagem, entre outros. Para a execução dos testes foi aproveitada a estrutura da planta piloto e laboratório de processo já presente na Unidade Vazante. As alíquotas dos testes também analisadas em microscópio eletrônico acoplado a software de análise de imagem (Mineral Liberation Analyzer-MLA), das quais conseguimos relacionar a mineralogia com desempenho dos testes. Os dados alcançados alimentam dois bancos de dados. No primeiro, as informações são inseridas junto ao Century System, banco de dados geológico da Unidade Vazante. Assim, os dados nele inserido, apresentam confiabilidade, facilidade em consulta e interface com softwares de modelamento. Portanto, é possível verificar a variação espacial dos parâmetros analisados nos testes e correlacionar com as regiões da mina. O segundo banco de dados, relaciona as informações geometalúrgicas com os dados de formação de pilha, que são inseridas pela equipe de lavra e beneficiamento. Assim é garantido que o blend utilizado para alimentação da usina será o mais apropriado para obter o melhor resultado. Além desta rotina, os resultados obtidos são discutidos mensalmente e com base nestes, pode-se-à fazer a previsão para os próximos meses. Os problemas que são

6 Lemos, M.G.; Bechir, J.L.C.; Lopes, L.M.C.; Souza, A.D.; Bhering, A.P.; Martins, E.L.C.; Caldas, L.A.; Campos, F.G.R.G.; Carmo, L.F.A.; Arantes, M.P.O.; Silva, M.P.; Metsavaht, V. indicados como retroativos, alimentam o banco de oportunidades da unidade e passam a ter dedicação exclusiva com metodologias como Kaizen e Seis Sigma, por exemplo. 3. RESULTADOS E DISCUSSÃO Os testes geometalúrgicos, conforme descrito no item anterior, são realizados com amostra de furo de sonda, previamente dos blocos a serem lavrados. Este trabalho foi realizado na rotina, com continuidade para os demais anos de operação. A partir dos resultados, que serão apresentados a seguir, é possível correlacionar a recuperação com as características geológicas das quais apoiou e continuará apoiando na estabilidade dos processos. 3.. Resultados moagem e granuloquímica Os resultados com o teste padrão de moagem demonstrou a tendência de variação da granulometria. Deste teste são identificados previamente os blocos com presença de finos ou com dificuldades na moagem, além de serem correlacionados com as informações geotécnicas. A granuloquímica demonstrou a tendência do Zn e Pb são inversas, sendo que o primeiro encontrado nas frações grossas e o Pb em frações mais fina (Gráfico 2A e B). Através da caracterização mineralógica por faixa granulométrica, foi identificada a ocorrência de cerussita (PbCO3) associada a galena (Figura 2), identificando assim outra fonte de Pb no concentrado. A presença de Ag é monitorada, pois mesmo com baixas concentrações, podem colaborar em uma melhor precificação do produto. Os resultados demonstraram que os minerais portadores de Ag acompanham o Pb e o Zn (Gráfico 2C), diferentemente do proposto pelo projeto inicial de flotação de Pb. Estas informações foram confirmadas na caracterização mineralógica dos blocos e contribuíram para melhorias na qualidade do concentrado de Pb, mesmo com baixo conteúdo de Ag. Em algumas regiões da mina, os minerais de Cu também são identificados na forma de calcocita. Em geral, o conteúdo de Mg (presente na dolomita - CaMg (CO3)2), importante para qualidade dos concentrados silicatados, também se mostra com comportamento contrário ao Zn (Gráfico 2D). Estas informações contribuem para diminuição de carbonatos no concentrado, com oportunidades melhorias principalmente na etapa de classificação.

7 XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa Poços de Caldas-MG, 8 a 22 de Outubro 205 A B C D Gráfico 2. Resultados granuloquímica dos blocos A) Zn. B) Pb. C) Ag e D) Mg. Valores descritos no gráfico são das medianas dos teores. Figura 2. Formas de ocorrência do mineral de Prata (jalpaita e acantita) na fração retida em 400#. Destaque para ocorrência de jalpaita (Ag 3 CuS 2 ) com willemita (em azul). Gráfico com porcentagem de associações minerais e imagens eletrônicas processada. Assim, conhecendo previamente a composição da pilha de alimentação da usina e suas características de moabilidade e granulometria, é possível prever a dosagem ótima de reagentes como dispersantes (presença de finos) e coletores (aumento da seletividade), além de possíveis adequações ao circuito moinho - classificação. Para apoiar a previsibilidade do desempenho da moagem o detalhamento da qualidade da rocha (classificação geomecânica) também é essencial Resultados flotação Formas de associações dos minerais minérios (% em peso) O circuito Pb visa a recuperação de minerais sulfetados, como a galena (PbS) com jalpaita (Ag3CuS2) e acantita (Ag2S) como produto agregado de baixa concentração. No circuito silicatado, a willemita é o mineral recuperado. A partir da caracterização tecnológica foram identificadas que regiões da mina podem apresentar diferentes desempenho na flotação (Gráfico 3 A e B). Com esses resultados foi possível avaliar a variabilidade do consumo de reagentes, teores de concentrado, entre outros.

8 Lemos, M.G.; Bechir, J.L.C.; Lopes, L.M.C.; Souza, A.D.; Bhering, A.P.; Martins, E.L.C.; Caldas, L.A.; Campos, F.G.R.G.; Carmo, L.F.A.; Arantes, M.P.O.; Silva, M.P.; Metsavaht, V. 90 Boxplot of Recuperação Pb (bulk) vs Mina 00 Boxplot of Recuperação Zn silicatado vs Mina 80 Recuperação Pb (bulk) Recuperação Zn silicatado A 0 Bocaina 50 Extremo Norte Lumiadeira Sucuri Mina Bocaina Extremo Norte Lumiadeira Sucuri Mina Gráfico 3. Variação das recuperações por região da mina. A) circuito Pb e B) Zn silicatado. B Estes dados são relacionados à forma de ocorrência dos minerais minérios e a tipologia dos minérios. O baixo desempenho para recuperações de Pb na região da lumiadeira é explicada pela forma de ocorrência dos sulfetos de Pb, inclusos em outros minerais; enquanto na região da bocaina o baixo desempenho para o circuito silicatado é devido a presença de outras fontes de zinco, como esfalerita e franklinita. Concentrados de Zn com conteúdo mais altos de franklinita e esfalerita também podem impactar o rendimento da metalurgia de Três Maria, pois o processo de lixiviação direto do concentrado silicatado não tem condições para ataque desses minerais (Souza, 2008). As informações são também base para trabalhos de desenvolvimento tecnológico, contribuindo com a melhoria contínua dos processos da mineração Utilização dos dados na rotina Todos os resultados gerados foram compilados nos bancos de dados. A partir destes, os pátios de estoque de ROM (run of mine) passaram a ter rastreabilidade não apenas para teor de Zn, mas também com informações geometalúrgicas. Hoje é possível otimizar, sempre que possível, o blend das pilhas de homogeneização, dosando os tipos minérios de acordo com os circuitos de beneficiamento (willemita e calamina), visando atingir os melhores patamares de produção e qualidade. Além disso, com previsibilidade, a curto e longo prazo, os possíveis problemas perante as etapas de tratamento/metalurgia e por consequência agir de forma assertiva, correlacionado as informações com as características da natureza do minério. Para também facilitar a rastreabilidade e utilização dos dados no dia a dia, foi criada uma classificação geometalúrgica (Figura 3), baseada nos parâmetros de flotação, teor de alimentação e tempo de moagem.

9 XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa Poços de Caldas-MG, 8 a 22 de Outubro 205 Figura 3. Classificação geometalúrgica da Mina de Vazante. Com o apoio do trabalho de geometalúrgia, pode-se visualizar na rotina melhorias na estabilidade dos processos e na qualidade dos produtos gerados (Gráfico 4). A Teor de Pb no Concentado Sulfetado a 204 UCL=43.3 Individual Value _ X= LCL= Observation B 42 Teor de Zn no Concentrado Silicatado a UCL= Individual Value _ X= LCL= Observation Gráfico 4. Evolução da estabilidade e qualidade dos circuitos de beneficiamento da Unidade Vazante. A) circuito Pb e B) silicatado.

10 Lemos, M.G.; Bechir, J.L.C.; Lopes, L.M.C.; Souza, A.D.; Bhering, A.P.; Martins, E.L.C.; Caldas, L.A.; Campos, F.G.R.G.; Carmo, L.F.A.; Arantes, M.P.O.; Silva, M.P.; Metsavaht, V. 4. CONCLUSÕES Um novo conceito foi introduzido na unidade Vazante, com correlação das informações geológicas e parâmetros do tratamento de minérios. O apoio do estudo geometalúrgico já pôde ser visualizado, impactando positivamente na produção e qualidade. Além disso, torna-se base para definição de desenvolvimentos tecnológicos e melhorias no sequenciamento das minas. O entendimento do comportamento geometalúrgico gera inúmeras informações e essas devem ser usadas de modo a contribuir para o planejamento estratégico de um empreendimento, tornando-se imprescindível na tomada de decisão. Tais conceitos também podem ser utilizados em projetos de exploração mineral, gerando mais informações e por consequência mais segurança nas etapas de aprovação de um projeto. 5. REFERÊNCIAS Almeida, F.F.M., 967. Origem e evolução da plataforma brasileira. Rio de Janeiro, Bol. DNPM, v. 243, 36p. Barros. F.C.D., Investigação da Possível Continuidade da Falha Vazante a Norte da Mina da Masa. Monografia, Instituto de Geociências e Ciências Exatas, UNESP. Bhering, A.P., Classificação do Maciço Rochoso e Caracterização das Brechas da Mina Subterrânea de Vazante MG. Viçosa. Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia Civil. Ciminelli, V.S.T. (2005). Tendências Tecnológicas em Hidrometalurgia. Revista Brasil Mineral, 256, novembro, pp Figueira, H.V.O.; Almeida, S.L.M. e Luz, A.B. Cominuição. In: Luz, A.B., Sampaio, J.A. e Almeida, S.L.M. (Ed.). Tratamento de Minérios. 4a ed. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2004, p Hitzman, M.W.; Reynolds, N.; Sangster, D.F.; Allen, C.R.; Carman, C., 2003, Classification, Genesis, and Exploration Guides for Non-Sulfide Zinc Deposits. Econ. Geol., 98: JK tech. Geometallurgy - Optimising Resource Value Treinamento. Lemos, M.G., 20. Caracterização Geológica e Tecnológica do Extremo Norte da Mina de Vazante, Dissertação de Mestrado, Geologia/UNICAMP. Martín. M.S., Bacelli. A.C, Geometalurgia en la planificación de una mina a cielo abierto. Dissertação de Mestrado.

11 XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa Poços de Caldas-MG, 8 a 22 de Outubro 205 Martins, E.L.C., 203. Investigação dos efeitos de impurezas orgânicas na eficiência de corrente da eletrólise de zinco e na qualidade dos depósitos metálicos. Dissertação de Mestrado, Universidade Federal de Minas Gerais. Rostirolla. S.R, et al. ANÁLISE ESTRUTURAL DA MINA DE VAZANTE E ADJACÊNCIAS: GEOMETRIA, CINEMÁTICA E IMPLICAÇÕES PARA A HIDROGEOLOGIA. Revista Brasileira de Geociências. 32():59-68, março de Sangster, D.F., A Special Issue Devoted to Nonsulfide Zinc Deposits: A New Look. Econ. Geol., 98: Silva, T.A.V Estudos de Reagentes na Flotação de Minério de Zinco. Ouro Preto. Dissertação de Mestrado. Departamento de Engenharia de Minas, Universidade Federal de Ouro Preto. Souza, A.D. (2005). Processo integrado: biolixiviação e lixiviação química na indústria do zinco. Dissertação de Mestrado, Engenharia de Minas e Metalurgia, Redemat/UFOP. Souza, A.D. (2008). Cinética de Lixiviação dos concentrados de zinco utilizados na Votorantim metais. Tese de doutorado, Engenharia de Minas e Metalurgia, Redemat/UFOP. Votoratim Metais, 203. Relatório de Avaliação de Recursos. Relatório Interno, 72p.