Caracterização tecnológica dos tipos de minério de fosfato do Complexo Alcalino de Salitre, MG - Área Fosfertil

Technological characterization of phosphate ore types from the Salitre Alkaline Complex, MG - Fosfertil Area

v62n4a15

MINERAÇÃO

Caracterização tecnológica dos tipos de minério de fosfato do Complexo Alcalino de Salitre, MG - Área Fosfertil

(Technological characterization of phosphate ore types from the Salitre Alkaline Complex, MG - Fosfertil Area)

Daniel Uliana^I; Henrique Kahn^II; André Borges Braz^III

^IMestrando do programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral da Escola Politécnica da USP E-mail: [e-mail]

^IIProf. Dr. da Escola Politécnica da USP - Departamento de Engenharia de Minas e de Petróleo E-mail: [e-mail]

^IIIDoutorando do programa de Pós-Graduação em Engenharia Mineral da Escola Politécnica da USP E-mail: [e-mail]

Resumo

São apresentados os resultados de caracterização tecnológica de seis tipos de minério fosfático provenientes do Complexo de Salitre, tendo em vista definir a composição mineralógica das amostras e as características inerentes à apatita e ao minério relevantes para o beneficiamento mineral. Os teores de P₂O₅ variam de 9 a 25% e a proporção de finos (-0,020 mm) situa-se entre 20 e 34% em massa com perdas associadas de 17 a 22% do total de P₂O₅ presente. As amostras são compostas, essencialmente, por apatita, oxi-hidróxidos de ferro, ilmenita, argilominerais, carbonatos, quartzo, piroxênio, perovskita, alumino-fosfatos e outros minerais acessórios, variando apenas suas proporções relativas. Verificou-se que a apatita ocorre, predominantemente, liberada já abaixo de 0,21 mm, com superfície límpida a fracamente impregnada por oxi-hidróxidos de ferro; a parcela altamente impregnada (não flotável) varia de 6 a 9%. Do total de fósforo contido nas amostras, mais de 97% ocorre sob a forma de apatita (acima de 0,020 mm) e a recuperação potencial estimada de P₂O₅ na etapa de flotação é superior a 90% (recuperação global estimada entre 71-76%).

Palavras-chave: Apatita, minério de fosfato, caracterização tecnológica.

Abstract

The present study was carried out on six different ore types from the Salitre Alkaline Complex aiming to determine their mineralogical composition and the major features that are relevant in the mineral processing. The P₂O₅ grades vary from 9 to 25%. The slime content (-0,020 mm) varies between 20 and 34% (w/w) and carries 17-22% of the P₂O₅ content. The samples essentially consist of apatite, iron oxi-hydroxides, ilmenite, clayminerals, carbonate, quartz, pyroxene, perovskite, secondary phosphates and other minor accessory minerals. Below 0.21 mm, apatite essentially occurs in free particles showing a clean surface or a weak coating of iron oxi-hydroxides; the highly covered apatite (not recoverable by flotation) varies from 6 to 9%. In the deslimed fraction (above 0.020 mm) more than 97% of the total phosphor content occurs as apatite; the estimated P₂O₅ potential recovery in flotation concentration is over 90% (71-76% overall recovery).

Keywords: Apatite, phosphate ore, process mineralogy.

1. Introdução

Os principais depósitos brasileiros de fosfato estão associados a complexos alcalino-carbonatíticos e, em geral, estão relacionados a processos de alteração intempérica (Altschuler, 1973; Toledo et al., 1999), como é o caso do Complexo de Salitre. Além de baixo teor, quando comparados aos depósitos de origem sedimentar (fosforitos marinhos), apresentam uma complexidade mineralógica acentuada (Amaral, 1997; Kahn, 1999; Kahn et al., 2008), tornando-se indispensável a caracterização geológica e tecnológica do minério, desde a fase de pesquisa até a fase do acompanhamento das operações de lavra (Sant'Agostino & Kahn, 1997).

O Complexo Alcalino-Carbonatítico de Salitre, localizado no município de Patrocínio, 70 km a norte de Araxá - MG, conhecido desde a década de 70 (Barbosa et al., 1970), conta com importantes recursos de P, os quais vêm sendo reavaliados nos últimos anos para a implantação de dois distintos empreendimentos mineiros. Nesse complexo, as rochas presentes estão relacionadas a eventos intrusivos de pequena profundidade e com natureza ultrabásica, podendo-se citar a presença de mica-peridotitos, piroxenitos e carbonatitos, com tipos transicionais entre estes. Tem-se, ainda, a presença de coberturas lateríticas, nas quais ocorrem mineralizações de fosfato, titânio e nióbio (Melo & Chaban, 1997).

Análises de testemunhos de sondagens permitiram identificar, inicialmente, um conjunto de seis tipos distintos de minério, os quais foram objeto dos estudos de caracterização ora apresentados. As amostras estudadas são referentes a composições de testemunhos de sondagens realizadas na porção centro-norte do complexo, em uma área sob concessão da Fosfertil - Fertilizantes Fosfatados S.A.

2. Materiais e métodos

Foram estudadas seis amostras compostas identificadas por Apatitito, Foscorito Intemperizado, Foscorito Silicificado, Zona de Mistura, Piroxenito e Piroxenito Intemperizado.

Os procedimentos de caracterização desenvolvidos são descritos a seguir e apresentados na Figura 1.

• Cominuição de todo o material abaixo de 0,60 mm (28 malhas Tyler) em moinho de rolos - circuito fechado.

• Homogeneização e amostragem através de pilhas alongadas ou amostrador Jones, para retirada de alíquotas representativas destinadas aos ensaios de caracterização.

• Cominuição em moinho de bolas de modo a obter cerca de 7% de material retido em 0,21 mm.

• Análise granulométrica do produto da moagem, através de peneiramento a úmido em peneiras com aberturas de 0,21 mm, 0,15 mm, 0,074 mm, 0,037mm e 0,020 mm.

• Separações minerais por líquido denso (tetrabrometano - TBE; 2,95 g/cm³) e separador magnético Frantz (modelo de barreira) nos produtos pesados obtidos, empregando-se duas intensidades distintas (frações +0,020 mm). Desta forma, obtiveram-se os produtos: flutuado (δ<2,95 g/cm³), afundado magnético (+0,0 A ou 1 kGauss), afundado fracamente magnético (+0,3 A ou 4 kGauss) e afundado não magnético (-0,3 A).

• Análises químicas com determinações de P

  ₂O

  ₅, CaO, SiO

  ₂, Al

  ₂O

  ₃, Fe

  ₂O

  ₃, MgO, K

  ₂O, TiO

  ₂ e BaO foram efetuadas através da técnica de fluorescência de raios X (FRX - pérolas fundidas) para todos os produtos obtidos, além de perda ao fogo.

• Análises mineralógicas por difratometria de raios X e microscopia óptica por luz transmitida (MO) e microscopia eletrônica de varredura com microanálise acoplada (MEV/EDS), enfocando a forma de ocorrência da apatita e suas associações com os minerais de ganga.

• Quantificação mineralógica das amostras estudadas através da interação dos resultados obtidos.

• Determinação da partição do fósforo entre a apatita e fosfatos secundários (quando existentes).

3. Resultados

3.1 Composição química das amostras

As análises químicas das seis amostras estudadas são apresentadas na Tabela 1.

Das amostras estudadas, o Apatitito mostra o maior teor de P₂O₅ (25,2%) e os mais baixos de SiO₂, Al₂O₃ e TiO₂.

Em relação aos Foscoritos, o Intemperizado tem os mais altos teores de Fe₂O₃ (41,0%), P₂O₅ (16,0%) e BaO (1,2%); o Silicificado, por sua vez, apresenta teores mais elevados de SiO₂ (19,5%) e MgO (5,0%) e teor de P₂O₅ de 13,5%.

O Piroxenito apresenta o mais baixo teor de P₂O₅ (9,0%) e os maiores teores de SiO₂ (24,1%), MgO (11,1%) e CaO (19,6). Já o Piroxenito Intemperizado apresenta teores mais elevados de Fe₂O₃ (28,6%), TiO₂ (8,5%), Al₂O₃ (4,6%) e BaO (1,1%), com teor de P₂O₅ de 11,7%.

A Zona de Mistura corresponde a uma zona mista na área mineralizada e apresenta teor de P₂O₅ de 14,7%.

3.2 Distribuição de massa e teores por fração granulométrica

As distribuições de massa e dos teores de P₂O₅, SiO₂ e Fe₂O₃, por fração granulométrica são apresentadas graficamente na forma de curvas acumuladas na Figura 2.

As amostras apresentam comportamento muito semelhante, notadamente quanto às distribuições em massa e de P₂O₅ e SiO₂. Em média, cerca de 90 a 95% em massa e do conteúdo desses óxidos, bem como do Fe₂O₃, estão abaixo de 0,21 mm.

As proporções em massa de lamas (-0,020 mm) são de 20% no Apatitito e 24% no Foscorito Intemperizado, chegando a 30-34% nas demais amostras, sendo que a parcela de P₂O₅ associada às referidas amostras representa de 17 a 22% do total de P contido.

3.3 Composição mineralógica e características da apatita

As amostras estudadas apresentam basicamente a mesma assembléia mineralógica, variando apenas suas proporções relativas. São compostas por apatita, oxi-hidróxidos de ferro (magnetita, hematita e goethita), ilmenita, argilominerais (vermiculita, micas interestratificadas e ilita), quartzo, carbonatos (calcita e/ou dolomita), além de barita e outros minerais menores como acessórios (zirconolita, calzirtita, badeleíta e niobatos).

O Apatitito é a amostra com maior conteúdo em apatita (62%) e o Piroxenito, a mais pobre (24%); nas demais amostras, essas proporções situam-se entre 33 e 41%.

Nos ensaios de separações minerais, a apatita concentra-se, preferencialmente, no produto afundado não magnético, na forma de partículas liberadas e com a superfície límpida ou ligeiramente recoberta por películas de oxi-hidróxidos de ferro. Secundariamente, a apatita pode ocorrer na forma mista, principalmente com magnetita, ilmenita e piroxênio ou com a superfície altamente impregnada, fato este que interfere no seu comportamento na separação magnética. Como pode ser observado nas fotomicrografias obtidas ao MEV (Figura 3a/3b), é característica a ocorrência de apatita primária em núcleos preservados, cimentados por apatita secundária. Estudos recentes sobre essas duas formas de ocorrência da apatita no Complexo de Salitre foram realizados por Braz et al. (2004), através de microscopias óptica e eletrônica aliadas à técnica de catodoluminescência para distinção dessas duas fases.

A Figura 3, relativa a fotomicrografias obtidas ao MEV/EDS, apresenta algumas das principais formas de ocorrência da apatita e suas associações com os minerais de ganga.

Na Figura 4, relativa a fotomicrografias obtidas ao MO dos produtos afundados não magnéticos, são mostrados os diferentes graus de recobrimento superficial da apatita por películas de oxi-hidróxidos de ferro, além de sua rugosidade. Kahn (1999) discute estes e outros fatores como seletividade entre apatita e outros minerais portadores de cátions de elementos alcalino-terrosos e presença de fosfatos secundários, fatores estes que podem contribuir em eventuais quedas na recuperação da apatita na etapa de flotação.

Os fosfatos secundários, presentes nas amostras Apatitito, Foscorito Intemperizado e Piroxenito Intemperizado, ocorrem, principalmente, abaixo de 0,21 mm, com tendência a aumentar nas frações finas, e, nos ensaios de separações minerais, tendem a concentrar-se no produto afundado fracamente magnético. Para o Apatitito, 99% do total de P₂O₅ estão contidos na forma de apatita. Já para o Piroxenito Intemperizado e Foscorito Intemperizado, esses valores correspondem a 99 e 97%, respectivamente.

4. Discussão

As principais características das amostras estudadas são apresentadas comparativamente na Tabela 2.

Observa-se que o Apatitito apresenta teor de P₂O₅ total mais elevado (25,2%), com relação CaO/P₂O₅ de 1,32, enquanto que o Piroxenito, o mais baixo (9%). Essa amostra, por sua vez, mostra a maior relação CaO/P₂O₅ (2,18), enquanto que o Foscorito Intemperizado apresenta a mais baixa (1,24).

As amostras apresentam, basicamente, a mesma composição mineralógica, variando apenas a proporção relativa dos minerais presentes. Todas as amostras são constituídas por apatita, oxi-hidróxidos de ferro, ilmenita, argilominerais, quartzo, carbonatos, barita e outros minerais acessórios, que representam cerca de 1% nas amostras Foscorito Intemperizado e Piroxenito e traços nas demais. Piroxênio ocorre somente no Foscorito (7%) e no Piroxenito (20%) e anatásio apenas no Piroxenito Intemperizado (3%). Barita está presente em todas as amostras em proporções da ordem de 1%, à exceção do Foscorito Silicificado, onde representa traço. Alumino-fosfatos secundários representam 2% no Foscorito Intemperizado e traços no Piroxenito Intemperizado e no Apatitito. Perovskita constitui entre 3 e 5% nas amostras Foscorito Silicificado, Piroxenito e Zona de Mistura e traço no Foscorito Intemperizado.

Os menores conteúdos de apatita são observados no Piroxenito (~24%) e no Piroxenito Intemperizado (~33%); o maior conteúdo é encontrado no Apatitito (62%), enquanto que nas demais este se situa entre 37 e 41%. A apatita ocorre, normalmente, na forma liberada, apresentando superfície límpida à fracamente impregnada por oxi-hidróxidos de ferro. A parcela altamente impregnada (não flotável) nas amostras Foscorito Silicificado, Piroxenito Intemperizado e Piroxenito é da ordem de 6%; já nas amostras Apatitito, Foscorito Intemperizado e Zona de Mistura situa-se por volta de 8 a 9%. A recuperação potencial estimada de apatita na etapa de concentração por flotação está compreendida entre 90 e 93% para todas as amostras (recuperação global superior a 74%, exceto para a Zona de Mistura, onde corresponde a 71%).

As lamas, correspondentes à fração -0,020 mm, representam 20% no Apatitito, 24% no Foscorito Intemperizado e de 29 a 34% nas demais amostras. Os conteúdos de P₂O₅ associados a essa fração são de 17 a 19% para todas as amostras, à exceção da Zona de Mistura, onde atinge 22%. Os fosfatos secundários (principalmente gorceixita e/ou goiazita) foram observados no Apatitito e no Foscorito Intemperizado como traços, atingindo cerca de 2% em massa apenas no Piroxenito Intemperizado.

5. Conclusões

Considerando-se a assembléia mineralógica das amostras estudadas e as características da apatita presente nas mesmas, não são esperados maiores problemas em termos de concentração da apatita por flotação. No entanto, deve ser avaliada a seletividade na flotação entre a apatita e outros minerais portadores de cálcio, tais como a perovskita e carbonatos nas amostras Foscorito Silicificado, Zona de Mistura e Piroxenito e, em menor proporção, nas amostras Apatitito e Piroxenito Intemperizado. Outro parâmetro a ser considerado refere-se à impregnação superficial da apatita por oxi-hidróxidos de ferro nas amostras Apatitito, Foscorito Intemperizado e Zona de Mistura, implicando, eventualmente, a necessidade de uma etapa prévia de atrição de forma a minimizar perdas de fósforo na flotação.

6. Agradecimentos

À FOSFERTIL - Fertilizantes Fosfatados S.A. por possibilitar a realização desse trabalho.

7. Referências bibliográficas

Artigo recebido em 17/10/2008 e aprovado em 24/08/2009.

• ALTSCHULER, Z. S. The weathering of phosphate deposits - geochemical and environmental aspects. In: GRIFFITH, E. J., BEETON, A., SPENCER, J. M., MITCHELL, D. T., eds., Environmental Phosphorus Handbook New York: Jonh Wiley & Sons, 1973. cap. 3, p. 33-95. 715 p.
• AMARAL, A. J. R. Geologia do fosfato. Principais depósitos minerais do Brasil In: SCHOBBENHAUS, C., QUEIROZ, E. T., COELHO, C. E. S. (Ed.). Brasília: DNPM/CPRM, 1997. v. 14, Parte C, cap. 1. 634 p.
• BARBOSA, O. et al. Geologia da regiăo do triângulo mineiro Rio de Janeiro: DNPM/DFPM, 1970. 140 p. (Boletim 136).
• BRAZ, A. B. et al. Caracterizaçăo da apatita primária e secundária de Salitre, MG. In: Semana Ibero-Americana de Engenharia de Minas, Săo Paulo, 2004. v. 1, p. 21-25.
• KAHN, H. Caracterizaçăo de matérias-primas minerais associadas a complexos alcalino-carbonatíticos Săo Paulo: Escola Politécnica da USP, 1999. 216 p. (Tese de Livre Docência).
• KAHN, H. et al. Apatite from alkaline complexes - geological aspects, behavior in mineral processing and characterization techniques. In: INTERNATIONAL CONGRESS FOR APPLIED MINERALOGY (ICAM), 9. Proceedings... Brisbane, 2008. p. 507-514.
• MELO, M. T. V., CHABAN, N. Depósitos de fosfato, titânio e nióbio de Salitre, Minas Gerais. In: Principais depósitos minerais do Brasil DNPM (Ed.), Brasília: 1997. v. 4-C, cap. 5.
• SANT'AGOSTINO, L. M., KAHN, H. Metodologia para a caracterizaçăo tecnológica de matérias primas minerais. Boletim Técnico da Escola Politécnica da USP BT/PMI/069, Săo Paulo: 1997. 29 p.
• TOLEDO, M. C. M. et al. Lateritic weathering effects over phosphatic Brazilian ores: Catalăo and Juquiá (Brasil). In: INTERNATIONAL GEOCHEMICAL EXPLORATION SYMPOSIUM, 19. Proceedings... Vancouver: 1999. Abstracts volume, p. 142-143.

Datas de Publicação

• Publicação nesta coleção
  19 Mar 2010
• Data do Fascículo
  Dez 2009

Histórico

• Recebido
  17 Out 2008
• Aceito
  24 Ago 2009