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Procesamiento de minerales I Introdução ao tratamento de minérios Maria Luiza Souza Montevideo 5-9 Agosto 2013 1 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY.

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1 Procesamiento de minerales I Introdução ao tratamento de minérios Maria Luiza Souza Montevideo 5-9 Agosto UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

2 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios O objetivo da atividade mineira é: 1.“descobrir” os recursos minerais escondidos no subsolo, 2.“trazer” o bem mineral do subsolo até a superfície para, finalmente, 3.“transformar” este bem mineral a fim de o mesmo possa ser usado pelas indústrias metalúrgica, cerâmica, química, etc. 2 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

3 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios Das três áreas que formam a Engenharia de Minas, cabe ao tratamento de minérios a terceira atividade citada anteriormente. Logo, incluímos no tratamento de minérios as seguintes operações unitárias: 1. Redução de tamanho das partículas; 2. Classificação das partículas por classes de tamanho; 3. Elevação dos teores dos componentes úteis (concentração); 4. Diminuição dos teores dos componentes indesejáveis; 5. Eliminação de propriedades indesejáveis; 6. Manuseio do minério entre operações sucessivas; 7.Operações auxiliares (separação S/L; aglomeração de finos). 3 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

4 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 4 GEOLOGIALAVRA BRITAGEM PENEIRAMENTO MANUSEIO MOAGEM CLASSIFICAÇÃO CONCENTRAÇÃO HIDROMETALURGIA PIROMETALURGIA ELETROMETALURGIA Geólogo Eng. de minas (Brasil) Eng. metalúrgico (Brasil) Eng. de minas (USA) Eng. Metalúrgico (USA) Mining geologist (Japão) Eng. químico (Brasil) Figura 1- Competência profissional em diferentes países UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

5 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios Menas: Mineral metalífero, principalmente el de hierro, tal como se extrae del criadero y antes de limpiarlo. Mineral: Sustancia inorgánica que se halla en la superficie o en las diversas capas de la corteza del globo, y principalmente aquella cuya explotación ofrece interés; o la parte útil de una explotación minera. Em tratamento de minérios, o importante é entender que o mineral extraído (ROM) e que será beneficiado, está composto por dois tipos de materiais: um que tem valor e outro que não tem valor. 5 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

6 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios MATERIAL ÚTIL = *CONCENTRADO (MINERAL) ROM  MATERIAL INÚTIL = **GANGA *CONCENTRADO: Materia que acompaña a los minerales y que se separa de ellos como útil. **GANGA: Materia que acompaña a los minerales y que se separa de ellos como inútil. 6 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

7 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios MATERIAL ÚTIL = CONCENTRADO (MINERAL) ROM  MATERIAL INÚTIL = *GANGA 7 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL ROM (A+B) GANGA (B) CONCENTRADO (A) Figura 2- Concentração de minerais

8 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios Minerais metálicos: a forma como se encontram na natureza depende da reatividade que apresentem com o ambiente, particularmente com o oxigênio, enxofre e dióxido de carbono. Metais: -ouro e platina são encontrados principalmente na forma nativa (metálica) ou na forma de ligas metálicas (electrum), -Prata, cobre e mercúrio são encontrados tanto na forma nativa como na forma de compostos com enxofre (sulfetos, sulfatos, etc), com cloro (cloretos), com carbono e oxigênio (carbonatos), -metais mais reativos são sempre encontrados na natureza na forma de compostos, como por exemplo: os óxidos e sulfetos de ferro, os óxidos e silicatos de alumínio e berílio. 8 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

9 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios Nome 1.Calcopirita 2.Pirita 3.Bornita (sulfeto misto) 4.Galena 5.Blenda ou esfalerita 6.Malaquita 7.Azurita 8.Crisocola 9.Hematita 10.Magnetita Fórmula mínima 1.CuFeS 2 2.FeS 2 3.Cu 5 FeS 4 4.PbS 5.ZnS 6.Cu 2 CO 3 (OH) 7.Cu 3 (CO 3 )2(OH) 2 8.CuSiO 3 - nH 2 O 9.Fe 2 O 3 10.Fe 3 O 4 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 9 Minerais - Exemplos

10 Isomorfismo O mineral “Olivina”, por exemplo, tem a composição química (Mg,Fe) 2 SiO 4, mas a relação entre os átomos de magnésio e os de ferro é variável para distintas “olivinas”. Entretanto, para qualquer olivina a relação abaixo é constante. No. total átomos (Fe+Mg)/No. total átomos (Si+O) Minerais - Exemplos UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 10 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios

11 Polimorfismo Grafite e diamante São dois minerais que apresentam exatamente a mesma composição. Ambos são compostos de átomos de carbono, mas com propriedades distintas devido ao arranjo distinto destes átomos na estrutura cristalina. UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL 11 Minerais - Exemplos

12 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios Carvão: rocha sedimentar combustível, formada a partir de restos vegetais que se encontram em diferentes estados de conservação, tendo sofrido soterramento, seguido de compactação. Litotipos do carvão: designa as diferentes bandas reconhecidas macroscopicamente nas camadas de carvão (vitrênio, clarênio, durênio e o fusênio). Macerais do carvão: são os constituintes individuais do carvão reconhecidos microscopicamente, podendo ocorrer sozinho ou em associações; exemplos: grupo da vitrinita (telinita, gelinita); grupo da liptinita (exinita, alginita); grupo da inertinita (fusinita, micrinita). Rank do carvão: turfa, linhito, sub-betuminoso, betuminoso, antracito. Observação: Carvão, talco, argilas, granitos, etc. não são minerais no sentido exato da palavra. São, na verdades, rochas. Entretanto, são considerados como bens minerais. 12 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL

13 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios Minérios de valor econômico podem ser classificados como metálicos e não metálicos, de acordo com o uso do mineral. Exemplo típico é a bauxita (óxido de alumínio hidratado). Metálico  Alumínio metálico. Não metal  Tijolos refratários. 13 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL + bauxita produçãoMetal Refratário

14 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios O processamento mineral segue a lavra e prepara o material para a extração do valor metálico – no caso de bens metálicos, ou produz um produto comercial como no caso do carvão e dos agregados usados na construção civil. As operações unitárias envolvidas são sempre de natureza física (embora ocorram reações de natureza físico-química na flotação e nas operações de separação S/L). Isto significa que a estrutura cristalina de qualquer mineral não é alterada. 14 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL ROM mineral de cobre (CuFeS 2 ) Tratamento mineral Concentrado mineral de cobre (CuFeS 2 ) Rejeito mineral de cobre (CuFeS 2 )

15 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios Objetivos principais são: As operações “chave” são: 1) LIBERAÇÃO COMINUIÇÃO 2) SEPARAÇÃO CONCENTRAÇÃO Necessariamente nesta ordem !! 15 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL ROM mineral de cobre (CuFeS 2 ) Tratamento mineral Concentrado mineral de cobre (CuFeS 2 ) Rejeito mineral de cobre (CuFeS 2 )

16 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 16 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL Liberação é obtida através da cominuição. Cominuição envolve a quebra ou trituração do sólido particulado e é realizada em duas etapas: britagem e moagem. Mineral não liberado Mineral liberado (suficiente) Partícula mista Partícula totalmente liberada

17 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 17 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL A separação entre os dois tipos de sólido (útil e inútil) já liberados é obtida através de distintas operações de concentração. Métodos mais importantes para concentrar minerais são baseados: - na diferença de densidades entre o mineral útil e os de ganga  Gravimetria (DMS). - em diferenças físico-químicas entre o mineral útil e os de ganga  Flotação. - em diferenças magnéticas entre o mineral útil e os de ganga  Separação magnética. - em diferenças na condutividade elétrica entre o mineral útil e os minerais de ganga  Separação eletrostática. - em diferenças entre propriedades ópticas  Cata ou seleção.

18 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 18 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL Fluxogramas usados no tratamento de minérios SIMPLES (de blocos)SIMPLES (de linhas)COMPLEXOS

19 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 19 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL Custos das operações de tratamento Exemplo: planta para t/dia de mineral de cobre (B.A. Wills)

20 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 20 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL Eficiência das operações de processamento mineral depende, principalmente: LIBERAÇÃO CONCENTRAÇÃO Mas o que vale mesmo é a eficiência econômica !!

21 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 21 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL Figura 3- Mineral de valor aprisionado na ganga Liberação total raramente é usada na prática, pois a moagem é uma operação muito cara e ocorre sobre-moagem (principalmente da ganga  recobrimento por lamas ou slime coating). O que se procura é o “MOG” – tamanho no qual se obtêm a melhor recuperação econômica; é determinado experimentalmente. Se triturarmos o sólido como mostrado na fig.3, teremos vários cubos completamente brancos mas o mineral útil (negro) ainda se apresentará como “mistos” ou middlings.

22 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 22 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL Figura 4- Secção transversal : partícula mineral e produtos da moagem Liberação é um dilema freqüente no processamento mineral. Partículas do tipo 1 podem ser consideradas como “concentrado” mas irão limitar o teor deste, enquanto as partículas do tipo 4 podem ser consideradas como “rejeito”, mas irão limitar a recuperação do processo de beneficiamento. Partículas do tipo 2 e 3 são middlings. Na fig. 4,a região A representa o mineral de valor e região AA é rica no mineral de valor, mas ocorre intercrescimento entre o mineral e a ganga.

23 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 23 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL A liberação de minérios de baixo teor pode ser um problema e para contorná-lo se mostra na fig. 5 um esquema usado no processamento, onde a ganga liberada em tamanhos grosseiros já é descartada. Assim os custos de moagem são reduzidos, já que a ganga que não precisa mais ser moída está excluída do sistema. Observar que o “tamanho” dos moinhos também serão menores. Figura 5- Fluxograma de processo usando dois estágios de separação

24 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 24 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL Figura 6- Imagem de MLA mostrando os grãos dos diversos minerais em minério de Cu-Au. Partículas entre micra. Estas imagens são em geral apresentadas em cores “falsas”, onde cada cor assinala um mineral ou uma classe de mineral, como mostrado à esquerda. E para terminar com a liberação...

25 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 25 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL Figura 7-Intervalo de aplicação de técnicas convencionais no processamento de minerais.

26 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 26 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL Figura 8- Planta de processamento mineral. ALIMENTAÇÃOCONCENTRADO Tratamento mineral REJEITO A planta de tratamento será considerada uma “black box”; pode até ter todos as técnicas de processamento mostrados na fig. 7. O certo é que o objetivo é sempre o mesmo: SEPARAR o mineral da ALIMENTAÇÃO em dois ou mais produtos: material útil vai para o CONCENTRADO e a ganga vai para o REJEITO.

27 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 27 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL Figura 9- Correntes principais em uma planta de processamento mineral. ALIMENTAÇÃO (A)CONCENTRADO (C) Tratamento mineral REJEITO (R) PARÂMETROS DE MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL

28 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 28 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL A, a C,c P.T. R,r MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL Definições importantes: 1a. TEOR se refere ao conteúdo do material de valor (M.V.) nas diversas correntes (ou produtos) que compõem um circuito de beneficiamento. É o parâmetro que mede a qualidade de qualquer corrente de um processo, circuito ou planta de tratamento. Obs: teores são expressos em base seca. massa do M.V. em uma dada corrente massa total (M.V. + ganga) da mesma corrente Teor (%) = x 100

29 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 29 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL A, a C,c P.T. R,r MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL Definições importantes: 2a. RECUPERAÇÃO mede a efetividade do processo de separação/concentração usado. É o parâmetro mais usado para expressar a eficiência de uma planta de tratamento mineral. Obs 1: RECUPERAÇÃO da(s) corrente(s) de Rejeito [R] recebe o nome de PERDA(S). massa do M.V. na corrente C massa do M.V. na corrente A Rec (%) = x 100

30 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 30 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL Definições importantes: Obs 2: Recuperação pode ser definida para todas as correntes de um processo, circuito ou planta de beneficiamento, e mostra como a quantidade de material de valor se distribui nas diversas correntes que formam o processo. Quando se avalia a recuperação para muitas correntes de uma processo, esta é chamada de DISTRIBUIÇÃO. massa do M.V. na corrente Cn massa do M.V. na corrente A Dist (%) = x 100 A, a C2,c2 P.T. R1,r1 C3,c3 C1,c1 R2,r2 R3,r3

31 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 31 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL A, a C,c P.T. R,r MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL Outros parâmetros e suas definições RAZÃO DE CONCENTRAÇÃO (K): Toneladas de alimentação (A) necessárias para se produzir uma tonelada de concentrado (C). RAZÃO DE ENRIQUECIMENTO (E): Razão entre o teor do concentrado (c) e o teor da alimentação (a). ÍNDICE DE SCHULZ OU EFICIÊNCIA DE SEPARAÇÃO (SE) SE = Rm-Rg onde: Rm = Recuperação (%) do mineral de valor na corrente do Concentrado Rg = Recuperação (%) da ganga na corrente do Concentrado

32 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 32 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL A, a C,c P.T. R,r MEDIDA DA EFICIÊNCIA DAS OPERAÇÕES DE PROCESSAMENTO MINERAL Sejam: A = vazão mássica de sólido seco na corrente de alimentação, (t/h) a = teor do material de valor na corrente de alimentação, (%) C = vazão mássica de sólido seco na corrente de concentrado, (t/h) c = teor do material de valor na corrente de concentrado, (%) R = vazão mássica de sólido seco na corrente de rejeito, (t/h) r = teor do material de valor na corrente de rejeito, (%)

33 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 33 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL A, a C,c P.T. R,r BALANÇO DE MASSA E METALÚRGICO Na planta mostrada temos: A.a = massa de material de valor em A, (t/h) C.c= massa de material de valor em C, (t/h) R.r = massa de material de valor em R, (t/h) Rec = [(C.c)/(A.a)].100, (%) Perda = [(R.r)/(A.a)].100, (%) Rec + Perda (%) = 100 ??? Qual o significado disto ? Ou ainda, aplicando a definição de recuperação para a corrente de alimentação temos: Rec |A = [(A.a)/(A.a)].100 = 100%

34 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 34 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL A, a C,c P.T. R,r BALANÇO DE MASSA E METALÚRGICO O balanço de massa é realizado com a seguinte base: tudo o que entra no volume de controle menos o que sai do volume de controle é o acumulado no volume de controle (no caso a P.T.). Entrada – Saída = Acumulado, mas se o acumulado for nulo, então temos: E – S = 0 ou E = S Transportando para a P.T. temos: A = C + R  Balanço de massa (BM), (t/h) Balanço metalúrgico (BMet) A.a = C.c + R.r  isto é a massa de MV em cada corrente. Rec = (C.c)/(A.a) Perda = (1 – Rec) K = A/C E = c/a

35 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 35 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL A, a C,c P.T. R,r BALANÇO DE MASSA E METALÚRGICO Com base no BM, no BMet e na definição de Rec deduzir a “famosa” fórmula dos dois produtos. A = C + R  Balanço de massa (BM), (t/h) A.a = C.c + R.r  Balanço metalúrgico (BMet) Rec % = [(C.c)/(A.a)].100 Rec % = ??? Dica: só podem aparecer os teores “a”, “c’”e “r”.

36 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 36 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL CURVA TEOR VERSUS RECUPERAÇÃO A eficiência metalúrgica de qualquer operação de concentração pode ser expressa por uma curva que mostra a recuperação possível de ser obtida para qualquer valor de concentrado. Esta curva também é chamada de curva de seletividade e sua forma típica, mostrando a relação inversa entre recuperação e teor é mostrada na fig.10 Figura 10- Curva de seletividade

37 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 37 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL CURVA TEOR VERSUS RECUPERAÇÃO O objetivo da concentração é maximizar a recuperação e o enriquecimento, mas isto é impossível de ser obtido ao mesmo tempo. Não obstante, o teor do concentrado e a recuperação, usados simultaneamente, são as medidas mais aceitas para acessar a performance metalúrgica (não econômica) de um processo de beneficiamento! Figura 10- Curva de seletividade

38 Capítulo 1 – Introdução ao tratamento de minérios 38 UNIVERSIDADE DE LA REPUBLICA – URUGUAY UFRGS - DEMIN - BRASIL HORA DOS ESTUDANTES TRABALHAREM


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