Caracterização de minérios: uso do Magstream-Model 100, suas vantagens e limitações

Mineração

Caracterização de minérios - uso do Magstream-Model 100, suas vantagens e limitações

Maria José Gazzi Salum

Profa. Adjunta, Depart. de Engenharia de Minas da UFMG.

E-mail: [e-mail]

Antônio Eduardo Clark Peres

Prof. Adjunto, Depart. de Eng. Metalúrgica e de Materiais da UFMG.

E-mail: [e-mail]

Resumo

O presente trabalho discute a importância da caracterização de minérios como suporte para o entendimento do comportamento de seus minerais frente a processos de tratamento de minérios, controle de processos e controle da qualidade dos produtos obtidos. É, também, apresentada uma breve revisão da literatura sobre as principais técnicas de caracterização, incluindo aquelas utilizadas para a separação de minerais de um minério. Especial atenção foi dada à técnica de separação de minerais de um minério, utilizando um equipamento chamado Magstream-Model 100. O trabalho mostra que o processo Magstream, que envolve o uso de fluido magnético como meio separador, campo magnético e um sistema de rotação, oferece vantagens em relação a outras técnicas, como, por exemplo, a de líquidos densos. Entretanto o processo utilizado pelo Magstream leva a mudanças em propriedades de superfície dos minerais, modificando seus comportamentos frente à flotação. Esse fato foi considerado como uma limitação de seu uso, quando estudos posteriores com os minerais processados no Magstream envolvem propriedades de superfície.

Palavras-chave: caracterização, Magstream-Model 100

Abstract

This paper discusses the importance of mineral characterization as a support to understand their behavior in mineral processing and in the control of the processes and quality of the products obtained. Also presented is a brief review on the main techniques used in minerals characterization, including the procedures for minerals separation from an ore. Special attention was given to the technique of mineral separation from an ore according to their specific gravities using a device called Magstream-Model 100. It is shown that the Magstream process, which involves the use of a magnetic fluid as a medium for mineral separation, a magnetic field and a rotation speed system, offers advantages compared to the heavy liquids technique. However, the Magstream process leads to changes on mineral surface properties, imparting to them different flotation behaviors. This fact is considered a limitation for its use when further studies with the minerals involve surface properties.

Keywords: Characterization, Magstream Model 100

1. Introdução

A complexidade crescente dos minérios, tanto sob os aspectos físicos, quanto químicos, tem exigindo que estudos de caracterização das propriedades dos seus minerais constituintes precedam o desenvolvimento de seus processos de concentração. Também, aquela que poderia ser chamada de caracterização de acompanhamento ou monitoramento dos produtos de cada uma das etapas do processo de concentração faz-se imprescindível, não apenas pelas questões intrínsecas aos minérios, mas pela necessidade de se otimizar o melhor produto ao menor custo e à menor geração de impacto ambiental.

Soma-se às razões anteriormente mencionadas da demanda crescente por estudos de caracterização o fato de que os processos de concentração mais utilizados mundialmente, tal como a flotação, são extremamente afetados por pequenas alterações nas propriedades físico-químicas das superfícies minerais. São exemplos dessas propriedades: rugosidade, porosidade, oxidação e contaminações superficiais, entre outras (Luz, 1995).

As técnicas de estudo de caracterização de minérios são inúmeras e de grau de complexidade que varia desde o uso de avançados microscópios eletrônicos, tomógrafos computadorizados, até uma análise granulométrica em peneiras ou análise química via úmida.

Um fator importante para a eficácia da informação a ser obtida com o uso dessas técnicas é a separação prévia das diversas fases minerais que constituem um minério. Separação magnética, separação eletrostática e separação por diferença de densidade são técnicas utilizadas individualmente ou combinadas entre si para se atingir o objetivo de se individualizarem, ao máximo, os minerais presentes em um minério. Entre essas técnicas, a separação por diferença de densidade está presente em quase todas as metodologias de caracterização de minérios.

Partículas minerais de diferentes densidades podem ser separadas quando alimentadas em um fluido de densidade intermediária à densidade dessas partículas, de tal forma que as de densidade menor que a do fluido flutuem neste e as de maior densidade afundem. Infelizmente, a quase absoluta totalidade dos minerais tem densidade maior que a da água e, portanto, outros fluidos de que ser utilizados na separação. Esses fluidos pertencem a quatro principais classes, segundo classificação de Jones (1987):

• Compostos orgânicos de halogênios, tais como: tribrometano ou bromofórmio e iodeto de metileno.

• Soluções aquosas de sais de elevada densidade, como a solução de Clerice, uma solução saturada de formiato de tálio.

• Suspensões aquosas de sólidos finamente divididos, como quartzo e magnetita em água.

• Ligas de metais fundidos.

Além desses fluidos e/ou suspensões listados por Jones, encontra-se a opção da utilização de fluidos magnéticos na separação de minerais por diferença de densidade. O uso desses fluidos, quando comparados à lista de produtos de Jones, tem como vantagens:

• A possibilidade de se alterar a densidade do fluido, através da sua derivação magnética.

• A obtenção de elevados índices de densidade através da derivação magnética da densidade original do fluido.

• Menor índice de toxicidade.

• Custo menor, principalmente em relação às soluções de sais aquosos e suspensões aquosas de elevada densidade.

Na década de 80, foi lançado, no mercado, pela Intermagnetic General Corporation, um equipamento de separação de minerais por diferença de densidade, chamado Magstream, que utiliza, como meio separador, um fluido magnético. O Magstream Model 100, específico para laboratório, é composto por um sistema rotacional, um campo magnético e um fluido magnético denominado Magfluid. Além de todas as vantagens oferecidas pelo uso de fluidos magnéticos, como mencionado anteriormente, o equipamento possui outras vantagens, tais como a de ser de fácil operação e de ser portátil, o que possibilita o seu uso em trabalhos de campo.

Apesar de todas essas vantagens, o Magstream Model 100 apresenta algumas restrições de uso, as quais serão detalhadas mais à frente.

2. O Magstream Model-100

2.1 Descrição do equipamento e do processo (IGC, 1989)

O Magstream Model 100 é constituído, basicamente, por uma armação estrutural, um magneto estacionário permanente, um sistema rotacional controlado por meio de um motor, um conjunto de correias em V e polias.

O material a ser separado é alimentado em um ducto longo, anular, rotativo, no qual irá se misturar ao fluido magnético. Dentro deste tubo de separação, as ações das forças centrífuga e magnética levam as partículas a sofrerem um deslocamento radial. A força magnética de atração, para fora, é exercida sobre o fluido magnético, resultando em um deslocamento radial para dentro das partículas não magnéticas que estão suspensas no fluido. Já a força centrífuga irá proporcionar um deslocamento radial, para fora, das partículas, de acordo com seus tamanhos, massas e densidades. Do balanceamento dessas forças, a um determinado nível de densidade do meio de separação, partículas menos densas, com menor força centrífuga, serão dirigidas para o centro do tubo separador, enquanto as de maior densidade, com maior força centrífuga, se encaminharão para as paredes do tubo. As Figuras 1 e 2 apresentam uma vista frontal do Magstream e um desenho esquemático do processo utilizado para a separação, respectivamente.

Figura 1
- Vista frontal do Magstream Model 100.

Figura 2
- Desenho esquemático do processo Magstream.

2.2 Parâmetros de operação (IGC,1989)

O Magstream Model 100 possui, basicamente, duas variáveis operacionais, considerando-se que a intensidade do campo magnético é uma variável de projeto. São elas: velocidade de rotação e nível de diluição do fluido magnético, Magfluid, sendo que é recomendado pelo fabricante utilizar-se sempre o Magfluid diluído em operações práticas, para evitar um achatamento da banda de operação.

O nível de diluição do Magfluid e, portanto, a sua densidade, está diretamente correlacionado à sua magnetização. O Manual de Instrução do equipamento apresenta de forma gráfica essa relação, Figura 3, mostrando que, quanto maior é a densidade do fluido, maior é a sua magnetização.

Figura 3
- Relação entre magnetização e peso específico do Magfluid.

A operação de diluição do Magfluid é feita com o uso de água destilada e as seguintes equações são utilizadas para o cálculo do volume de água a ser adicionado ao fluido concentrado, para a obtenção da densidade desejada para a operação:

V_c= (M_f / M_fc) V_m, (1)

V_w= V_m - V_c (2)

Onde:

M_fc = magnetização do Magfluid concentrado.

V_c = volume de Magfluid concentrado.

V_m = volume de Magfluid diluído.

V_w = volume de água destilada.

M_f = magnetização do Magfluid diluído.

Saliente-se que algumas condições básicas de preservação das propriedades do fluido magnético devem ser mantidas após a sua diluição. São elas:

• O pH da solução, quer diluída ou concentrada, deve ser mantido entre os valores de 10 e 12, para evitar a sua degradação biológica.

• A magnetização do fluido deverá ser menor que 2,5 meu/cm

  ³ e maior que 1,0 meu/cm

  ³.

A combinação adequada das duas variáveis, diluição do Magfluid e velocidade de rotação, irá determinar a densidade de corte para uma desejada operação prática.

A seguinte equação é utilizada para essa finalidade:

N= C_m[M_f / (SG_sp - SG _f)]² (3)

Onde:

N = velocidade de rotação (rpm).

M_f = magnetização do fluido de operação.

S_f = densidade do fluido de operação.

SG_sp = densidade desejada para a separação.

C_m = constante do equipamento, especificada para cada equipamento no seu manual de instruções.

Uma terceira variável, pouco considerada por falta de informações mais precisas no próprio Manual de Instruções do equipamento, é o tempo de residência do material a ser separado dentro do equipamento, sob as ações do seu campo magnético e da velocidade de rotação.

Segundo o Manual de Instruções do Magstream (IGC, 1989), o tempo de 1 minuto é suficiente para se promover a separação de minerais. Entretanto, como será discutido no próximo item, esta poderá ser uma variável operacional importante no que diz respeito à ampliação da faixa granulométrica usual de trabalho do equipamento.

Uma quarta variável, associada ao tempo de residência da amostra no equipamento, é a sua taxa de alimentação. Segundo o fabricante, ao tempo de 1 minuto deve estar associada uma taxa de alimentação entre 30 a 40 g/min. Também, aqui, essa variável poderá ser modificada com a extensão da faixa granulométrica de aplicabilidade do Magstream.

2.3 Eficiência da separação

A literatura dispõe de poucos trabalhos enfocando o uso do Magstream na separação de minerais por diferença de densidade. Entretanto os poucos trabalhos existentes apresentam boas informações sobre o seu desempenho. Esse é, por exemplo, o relato do uso do Magstream Model 1000E, que se difere do Model 100 apenas em relação à sua capacidade de alimentação, na separação de minerais de densidade elevada, como rutilo e zirconita, que, operando com um peso específico de corte de 4,25, apresentou 90% de eficiência (Walker et al., 1990). Um segundo exemplo de uso do Magstream, de modelo não especificado, é na caracterização de solos poluídos, cuja eficiência de separação de diversos componentes, com diferenças de densidade de ± 0,45, é relatada como sendo de 100% (Delft University, 1977).

2.4 Limitações de uso

O Magstream apresenta como principal restrição de uso, conforme relatado no seu Manual de Instrução (IGC,1989), a susceptibilidade magnética dos minerais. Minerais ferro-magnéticos, como a magnetita, não devem ser utilizados, com riscos de danos permanentes ao equipamento. Também os minerais com alta susceptibilidade magnética, como a hematita e ilmenita, têm restrição de uso. Esse tipo de mineral, quando em mistura com outros minerais, irá se comportar no processo de separação como aquele de maior densidade, independentemente de o ser ou não.

Quanto à faixa granulométrica de utilização, o fabricante a determina como dentro da faixa de areias, ou seja: entre 30 mesh e 230 mesh, sem explicitar a que escala granulométrica essas malhas de peneiras se referem. A essa faixa é associada uma taxa de alimentação entre 30 e 40 gramas. Segundo informações do responsável técnico do Magstream na Intermagnetic General Corporation (Walker, 1999), resultados experimentais com o equipamento mostraram que é possível operá-lo com eficiência em frações granulométricas menores que a padrão, desde que o tempo de residência no Magstream seja aumentado e que as taxas de alimentação sejam, também, menores. Portanto, em princípio, as restrições de utilização impostas inicialmente pelo fabricante em relação à faixa granulométrica de aplicabilidade parecem ter sido resolvidas.

Entre as limitações de uso do Magstream, talvez a mais importante e que não está mencionada no Manual de Instruções, é a capacidade do processo utilizado pelo equipamento de alterar im-portantes propriedades de superfície dos minerais, como já comprovado para quartzo, pirita.

Segundo estudos recentes desenvolvidos por Salum (1999), o processamento dos minerais quartzo e pirita no Magstream leva à formação de precipitados de ferro nas suas superfícies. Esses precipitados, identificados como magnetita coloidal e agregados coloidais de ligno-sulfonato de ferro, são formados pelo contato dos minerais com o Magfluid, quando sob a ação do campo magnético do equipamento, e têm grande influência nos seus comportamentos na flotação. No caso do quartzo, existe uma ativação para a flotação com amina e xantato e depressão na flotação com oleato de sódio e sulfonato. Para a pirita, obtém-se uma ativação significativa na flotação com xantato, aumento na sua flotabilidade em até 42% foi possível de ser obtido com o uso de concentrações moderadas de etilxantato de potássio. Ensaios prospectivos com uma amostra contendo dois minerais de zinco, que usualmente necessitam de ativação para a flotação, a esfalerita e a hemimorfita, mostraram sofrer os mesmos efeitos de ativação após serem processados no Magstream, quando na presença dos seus coletores típicos: xantato e amina, respectivamente (Salum et al., 2001).

Embora o Manual de Instruções do equipamento não se refira especifica-mente à formação de precipitados sobre a superfície mineral, ele alerta sobre a possibilidade do aparecimento de manchas na superfície mineral, após o seu processamento no Magstream, e recomenda o uso de ácido oxálico 0,5 M para a sua remoção. Entretanto os estudos de Salum (1999) mostraram que o uso de ácido oxálico para remoção dos precipitados na superfície do quartzo, embora efetivo, leva a um efeito colateral de depressão na sua flotação com amina. Portanto o uso de ácido oxálico para a remoção dos precipitados formados na superfície mineral não resolve o problema de não interferência do processo Magstream nas propriedades de superfície dos minerais.

As Figuras 4 e 5 apresentam os dois tipos de precipitados encontrados na superfície do quartzo, através do uso de uma microssonda eletrônica acoplada a um EDS:

Figura 4
- Precipitado de magnetita (Fe= 90,60%, Si= 9,20%).

Figura 5
- Precipitado de lignosulfonato de ferro (Fe= 69,12%, Si= 30,88%).

Figura 4 - precipitados de partículas coloidais, mais regulares em forma.

Figura 5 - Precipitado de forma irregular, assemelhando-se mais a um agregado de partículas coloidais.

Resultados de análises químicas, difração e fluorescência de raios X do mineral processado no Magstream e do próprio fluido de processo, o Magfluid, indicaram que o precipitado apresentado na Figura 4 é constituído por magnetita precipitada quimicamente e o da Figura 5, por lignossulfonato de ferro.

Em resumo, é possível dizer que, apesar das vantagens apresentadas pelo Magstream- Model 100 na separação de minerais, ele apresenta sérias limitações de uso quando o objetivo da separação é caracterizar a "posteriori" propriedades de superfície dos minerais presentes na mistura.

3. Conclusões

O uso do Magstream na caracterização de minérios apresenta vantagens em relação à facilidade operacional, principalmente no que se refere à sua propriedade de derivar magneticamente a densidade do meio separador, o Magfluid, permitindo que altas densidades de corte sejam viabilizadas. Entretanto o uso desse equipamento para separar minerais de um minério, os quais a "posteriore" serão submetidos a ensaios de caracterização de seus comportamentos frente a processos fisico-químicos de concentração, se inviabiliza, devido à formação de precipitados de ferro na superfície mineral que alteram suas propriedades. Até o momento, não foi possível detectar uma forma de remoção desses precipitados, que não cause, também, um efeito colateral de modificação dessas propriedades fisico-químicas de superfície.

Artigo recebido em 30/10/2001 e aprovado em 13/12/2002.

• INTERMAGNETIC GENERAL CORPORATION (1989). Operating Instruction
• JONES, M.P. Applied mineralogy, mineral resources engineering department, Imperial College USA: London, Graham & Trotman, 1987. 259 p.
• LUZ, A.B. et al. Tratamento de Minérios Rio de Janeiro: CETEM/CNPq, 1995. p. 62-99.
• SALUM, M.J.G. Influência do uso do magstream na flotabilidade de alguns sistemas minerais UFMG: Curso de Pós-graduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas, 1999. (Tese de Doutorado).
• SALUM, M.J.G., Seixas, J.C. Estudo do uso de fluidos magnéticos como ativadores de minerais sulfetados para a flotação com xantato Escola de Engenharia da UFMG, Programa de Iniciação Científica - FAPEMIG, 2001. (Em andamento).
• WALKER, M.S. Separation of non-magnetic minerals using magnetic fluids in a flow trough MHS rotor. Minerals & Metallurgical Processing, p. 209-214, Nov. 1990.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  16 Jul 2002
• Data do Fascículo
  Mar 2002

Histórico

• Aceito
  13 Dez 2002
• Recebido
  30 Out 2001