Concentração de itabirito silicoso da Mina do Sapecado/Complexo Pico - MBR, empregando o classificador hidráulico de fluxo transversal "crossflow"

MINERAÇÃO

Concentração de itabirito silicoso da Mina do Sapecado/Complexo Pico - MBR, empregando o classificador hidráulico de fluxo transversal "crossflow"

Hely Simões Gurgel^I; Rosa Malena Fernandes Lima^II; Maria Lúcia Magalhães de Oliveira^III

^IEng./MBR, Mestrando do PPGEM/DEMIN/EM/UFOP. E-mail: [e-mail]

^IIDra., Professora Adjunta, PPGEM/DEMIN/EM/UFOP. E-mail: [e-mail]

^IIIDra.MCE Consultoria e Engenharia Ltda. E-mail: [e-mail]

RESUMO

Nesse trabalho, foi efetuada a concentração da fração granulométrica compreendida entre 0,15 e 1 mm do minério itabirito silicoso da mina do Sapecado do Complexo Pico/MBR, usando o classificador hidráulico de fluxo transversal "crossflow" em duas rotas distintas, efetuando a etapa de concentração "rougher" e a etapa de limpeza dos concentrados de espirais de Humphreys. Para uma alimentação constituída por 60,19% de Fe e 11,81% de sílica, foram obtidos concentrados, de ambas as rotas testadas, com teores de impurezas dentro ou muito próximos aos teores de mercado para os produtos comercializados pela empresa.

Palavras-chave: Minério de ferro, concentração gravítica.

ABSTRACT

The hydraulic classifier "crossflow" was used to concentrate one iron ore sample between 0,15 to 1 mm size from the Sapecado MBR mine. The feed iron and silic contents were 60,19 and 11,81%, respectively. This equipment was tested in two ways: in the rougher stage and in Humphreys concentrate cleaning stage. In both cases it was possible to produce concentrates inside or near the commercial MBR product specifications.

Keywords: iron ore, gravity concentration.

1. Introdução

A escolha do método de concentração de minério de ferro (concentração gravítica, magnética e flotação) depende de alguns fatores, tais como teor da alimentação, mineralogia, malha de liberação, fatores econômicos, controle do teor do concentrado e efeito sobre a pelotização (Tovar e colaboradores, 1988 e Iwasaki, 1989).

Os separadores hidráulicos do tipo leito retardo têm sido usados em processamento mineral há muitos anos. Consistem de uma câmera de separação, onde a alimentação descreve uma trajetória descendente contra um fluxo de água distribuído ascendentemente. Tipicamente, esses equipamentos são usados para classificação, entretanto, se a distribuição granulométrica estiver dentro de limites aceitáveis, os separadores hidráulicos do tipo leito retardo podem ser usados para a concentração de partículas em função das diferenças de densidades entre as mesmas como é o caso do separador hidráulico de fluxo transversal "crossflow" (Dunn e colaboradores, 2000).

A diferença marcante entre o "crossflow" e os demais classificadores hidráulicos de leito retardado é que o mesmo utiliza um sistema de alimentação tangencial, de baixa velocidade para introduzir a polpa no equipamento. Essa configuração permite que a água alimentada atravesse o topo da unidade e vá para a câmara do "overflow" com menor distúrbio da água de fluidização dentro da câmera de separação. Para reduzir a velocidade do fluxo de alimentação, o sistema possui um anteparo antes da câmera de separação. O resultado desse sistema de alimentação é a eliminação de um excesso de água na câmera de separação. Kohmurench, 2000, e Heiskanen, 1993, fornecem detalhes sobre o princípio de funcionamento do equipamento.

Hearn (2003) relatou o emprego de separador hidráulico (Floatex) para concentração de minério indiano de ferro abaixo de 1 mm, que produziu concentrado ("underflow") com teor de sílica abaixo de 1%.

Os minérios hematíticos do complexo Pico da MBR produzem quatro produtos "lump ore", hematitinha , "sinter feed" e "pellet feed". Em 2008, os mesmos estarão totalmente exauridos. Logo, será necessário processar os minérios itabiríticos para garantir a própria sobrevivência da empresa. Em estudos de beneficiamento dos itabiritos do complexo Pico/MBR, em escala de laboratório e piloto, verificou-se a necessidade de fragmentar os mesmos abaixo de 6,3 mm. Essa operação, após o emprego de etapas de concentração, possibilita a produção de "sinter feed" e "pellet feed". Nesses estudos, ficou evidenciado que, para a faixa granulométrica do "sinter feed" grosso (1,0 a 6,3 mm), o método de concentração mais adequado é a concentração gravítica, utilizando jigagem. Para a faixa do "pellet feed fine" (>0,15mm), a flotação é o método mais eficaz. Para a fração fina do "sinter feed"(0,15 a 1mm), torna-se fundamental o estudo de novas técnicas de concentração, para se atingirem as especificações de mercado, sendo este o propósito desse trabalho, que efetuou o emprego do separador hidráulico de fluxo transversal "crossflow" para concentrar a fração do "sinter feed" fino.

2. Materiais e métodos

Nesse trabalho, foi utilizada uma amostra de itabirito silicoso na faixa granulométrica compreendida entre 0,15 e 1 mm, que era constituída de 84,5% de hematita e 6,8% de quartzo.

A análise granulométrica foi efetuada por peneiramento a úmido, usando a série Tyler de peneiras. Os teores de Fe foram determinados por via úmida (dicromatria), enquanto que os teores de silício, alumínio, fósforo e manganês foram determinados por espectrometria de plasma de acoplamento indutivo.

Os ensaios de concentração da amostra foram efetuados mediante o emprego do "crossflow" em uma etapa "rougher" e na etapa "cleaner", após a concentração da mesma em espiral de Humphreys.

Para a otimização dos ensaios de concentração, utilizou-se o planejamento fatorial de experimentos. As variáveis estudadas foram a vazão de água de elutriação (A - 3 e 18 l/min), altura da interface (B - 10 e 25 cm), % de sólidos na alimentação (C - 30 e 40%) e taxa de alimentação (D - 500 e 1750 g/min.)

No segundo planejamento de experimentos, utilizando o "crossflow" para os dois fluxogramas testados, fixou-se a interface em 10cm e fixou-se a % de sólidos em 40. Foram variadas a vazão de elutriação (1,8 e 9 L/min) e a taxa de alimentação (250 e 750 g/min.).

As variáveis-respostas consideradas para esse trabalho foram a recuperação em massa (X), teor de sílica no concentrado (Y) e índice de seletividade (Z).

3. Resultados e discussão

A distribuição granulométrica da amostra estudada, bem como dos produtos da separação, na espiral de Humphreys, e do "crossflow", na etapa "rougher" e "cleaner", está apresentada na Tabela 1. Observa-se que cerca de 59% da alimentação encontrava-se na faixa granulométrica compreendida entre 0,15 e 1 mm. Para o concentrado e rejeito da espiral de Humphreys, esses percentuais foram de 69 e 22%, respectivamente. No caso do "crossflow" etapa "rougher", foram de 70,88% e 13,46%, respectivamente. Na etapa "cleaner" foi de 80,8% e 20,2%, respectivamente no concentrado e no rejeito. Observam-se, também, maiores proporções de partículas menores que 0,037 mm (11,4%) e maiores que 1 mm (43,56%) no rejeito da espiral de Humphreys. Todas as partículas presentes no rejeito do "crossflow" etapa "rougher" encontravam-se abaixo de 1 mm. Na etapa "cleaner" foram de 0,2%. Cerca de 10% e 4,3% das partículas presentes no rejeito do "crossflow" etapa "rougher" e da etapa "cleaner" encontravam-se abaixo de 0,038mm.

Na Tabela 2, está apresentada a análise granuloquímica do itaibirito silicoso, bem como os teores globais (cabeça calculada) de Fe, SiO₂, Al₂O₃ e P, que foram de, respectivamente, 60,19; 11,81; 0,34 e 0,038 %. Observa-se que os teores de ferro, na fração compreendida entre 0,053 a 0,150 mm, são mais baixos, ocorrendo o inverso para o teor de sílica. Os teores de alumina são mais altos na fração acima de 0,3 mm.

A fração responsável pelo maior percentual de sílica é a fração compreendida entre 0,15 e 0,3 mm. Como 78% da amostra encontra-se acima de 0,15 mm, pode-se afirmar que a distribuição de ferro, alumina, fósforo e manganês ocorre, preferencialmente, nessa fração.

As equações que descrevem os efeitos das variáveis investigadas no primeiro planejamento de experimentos sobre as variáveis-respostas recuperação em massa (X), teor de sílica no concentrado (Y) e índice de seletividade (Z) são:

i) Etapa "rougher"

X = 50,6 - 29,4A - 3,31D - 2,53BD + 2,48 ABCD..........................................

(01)

Y = 4,54 - 0,74A - 0,28B + 0,40D.............................................................

(02)

Z = 2,43 - 0,38A - 0,21 D........................................................................

(03)

ii) Etapa "cleaner"

X = 46,16-29,15A-3,43B-6,77D+3,40AD-2,18BD+4,05ABD-3,70CD...................

(04)

Y = 2,96-0,32A-0,21B+0,13AB+0,02C+0,02ABC+0,15AD+0,13BD-0,10 ABD-0,11 CD + 0,04 ACD + 0,07BCD........................................................................

(05)

Z = 2,74-0,53A-0,10AB-0,18D-0,12BD+0,18ABD...........................................

(06)

Como pode ser visto na Figura 1 (a), obtém-se um concentrado com um teor de sílica em torno de 5,5%, sendo este teor próximo ao produto denominado de "sinter feed 05" (os teores de Fe, SiO₂, Al₂O₃ e P para o produto SF5 são 64,8, 5,0 , 0,85 e 0,042 ), com uma recuperação em massa satisfatória para essa etapa (74,1%). O índice de seletividade foi igual a 2,64. Esse concentrado é passível de ser processado em uma etapa "cleaner", objetivando abaixar o teor de sílica, assim como o rejeito pode ser aproveitado através de uma etapa "scavenger", objetivando aumentar a recuperação global.

Para o segundo fluxograma, Figura 1 (b), através dessa rota, chegar-se-ia a um concentrado com teor de sílica dentro das especificações de mercado do produto denominado "sinter feed 3,5 (os teores médio de Fe, SiO₂, Al₂O₃ e P são respectivamente, 65,8 , 3,50 , 0,88 e 0,046% ), recuperando 62,16% da massa da fração do "sinter feed fino".

4. Conclusões

Ficou comprovada a eficiência do classificador hidráulico de fluxo transversal "crossflow" para a concentração da fração granulométrica compreendida entre 0,15 e 1mm do minério de itabirito estudado, pois foi verificado maior percentual de partículas nessa faixa em relação à alimentação para ambos fluxogramas testados.

Os teores de Fe, na amostra global, eram mais baixos na faixa granulométrica compreendida entre 0,053 e 0,15mm (55 a 60%), ocorrendo o inverso para os teores de sílica (11 a 20%).

A recuperação em massa da condição otimizada para o primeiro fluxograma testado, etapa "rougher" com o "crossflow", foi de 74,1%. Os teores de ferro e demais impurezas estavam próximos das especificações de mercado de um dos produtos comercializados pela MBR ("sinter feed 05").

Para o segundo fluxograma testado com o "crossflow", efetuando a etapa de limpeza do concentrado da espiral de Humphreys, gerou-se um concentrado final com teor de sílica igual a 3,25%, recuperando-se 62,16% da massa.

5. Referências bibliográficas

Artigo recebido em 02/03/2006 e aprovado em 14/07/2006.

• DUNN P. L., STEWART S. O., KOHMUENCH J. N., CADENA C.A A hydraulic classifier evaluation: upgrading heavy mineral concentrates. In: SME Annual Meeting Salt Lake City, Utah - February 28 - March 1, 2000. p.3.
• HEARN, S. The use of hindered settlers to improve iron ore gravity concentration circuits Flórida, USA: 2003. p.936-943.
• HEISKANEN, K. Particle classification London: Powder Technology Series, Chapman and Hall, 1993.
• IWASAKI, I. Briding theory and practice in iron ore flotation. In: CNANDER, S., KLIMPEL, R. R. eds. Advances in coal and mineral processing using flotation. Inc, 1989, Chapter 20. p. 177-190.
• KOHMURENCH N. J. Improving efficiencies in water-based separators using mathematical analysis tools Faculty of the Virginia Polytechnic Institute, 2000. p.42-46. (Thesis).
• TOVAR, P. E., NAVARRO, J., PASTRANA, J. M. Flotation of low-grade iron ore In: FLORES, S. H. C., MOISAN, J. A. (Ed.) 2nd Latin-American Congress on Froth Flotation, 1975, Conception, Chile. Froth Flotation. Amsterdan-Oxford-New York-Tokyo: 1988. p.215-231.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  13 Nov 2006
• Data do Fascículo
  Set 2006

Histórico

• Aceito
  14 Jul 2006
• Recebido
  02 Mar 2006