comportamento de minérios itabiríticos dos

14 de maio de 2013 – Belo Horizonte (MG)
Empresa: Vale
Trabalho premiado: Rota de processo otimizada para
concentração de itabiritos pobres do Quadrilátero Ferrífero
Categoria: Processo
Autores: Carlos Gonçalves
Neymayer Lima
Nilton Torquato
Selmir Silva
Josemar Costa
Rodrigo Ferreira
Nilson de Paula
Marcos dos Reis
Flávio Coelho
Marcos de Castro
Frederico Siqueira
Erasmo Santiago
Geraldo de Oliveira
Márcio Marques
Reginaldo dos Santos
Roberto Silva
Walisson Florêncio
Wesley Figueiredo
Ricardo Nunes
Cláudio Alves
Marcelo dos Santos
Reuber Silva
Raimundo Silva
Revista Minérios & Minerales
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Tel.: (11) 3788-5500
ROTA DE PROCESSO OTIMIZADA PARA CONCENTRAÇÃO DE
ITABIRITOS POBRES DO QUADRILÁTERO FERRÍFERO
RESUMO
O Brasil é o maior produtor de minério de ferro, representando aproximadamente
18% da produção mundial.
As reservas (medidas + indicadas) brasileiras de minério de ferro são da ordem de
29 bilhões de toneladas, assim distribuídas: Minas Gerais (67%), Pará (16%), Mato
Grosso do Sul (15,5%) e demais estados (1,5%). As reservas brasileiras
representam 7% das reservas mundiais. As reservas do estado de Minas Gerais
apresentam teores de Fe mais baixos que as reservas dos estados do Pará e Mato
Grosso do Sul. A produção industrial desde a década de 40 também contribuiu para
a redução do teor de Fe das reservas de Minas Gerais.
Os principais processos de tratamento de minérios de ferro empregados nas usinas
do Quadrilátero Ferrífero são compostos por etapas de britagem, classificação,
concentração gravítica (jigues), concentração magnética, deslamagem, flotação,
espessamento e filtragem. A aplicação de moagem ainda é restrita a algumas usinas
existentes no Quadrilátero Ferrífero.
A elevada demanda por produtos de minérios de ferro e a exaustão de reservas com
elevados teores de Fe no Quadrilátero Ferrífero têm levado ao desenvolvimento de
projetos para aproveitamento de itabiritos pobres. Nestes casos, a rota de processos
consiste na cominuição de todo ROM para posterior aplicação de processos de
concentração.
Este trabalho descreve a rota de processo otimizada para processamento de
itabiritos pobres da região de Itabira, através de operações de moagem de bolas em
dois estágios, flotação fracionada de grossos e finos e concentração magnética dos
rejeitos. A rota otimizada apresenta os seguintes ganhos em relação à rota
convencional de moagem em um estágio e flotação: aumento de 6% na recuperação
metálica e redução de US$0,23/talimentada no custo operacional. Estes ganhos foram
obtidos devido à redução de 20% no consumo de energia na moagem, redução de
20% na geração de lama e redução no consumo de reagentes de flotação.
Os ganhos e benefícios da rota otimizada foram validados através de testes piloto,
estando o projeto desta rota em fase de implantação para produção de 14,3 milhões
de toneladas por ano de pellet feed, com previsão de start up em 2015.
Palavras-chave: Itabiritos, rota de processo otimizada, Quadrilátero Ferrífero.
1 INTRODUÇÃO
O aproveitamento de minérios de ferro no Quadrilátero Ferrífero tem sido feito
extensivamente desde a década de 40, onde granulados, sinter feed e pellet feed
têm sido produzidos desde então. As principais operações unitárias empregadas
para a obtenção destes produtos de minérios de ferro são:
 Britagem: geralmente são aplicados 4 estágios de britagem.
 Classificação através de peneiras e classificadores espirais. São obtidas as
seguintes frações granulométricas: +8mm, -8+1mm, -1+0,150mm e 0,150mm.
 Concentração por jigagem da fração -8+1mm.
 Concentração magnética da fração -1+0,150mm.
 Deslamagem e concentração da fração -0,150mm. A concentração da fração
-0,150mm deslamada é feita por processos de concentração magnética e/ou
flotação.
 Espessamento da lama para posterior disposição em barragens.
 Espessamento e filtragem do pellet feed para posterior embarque.
Algumas das operações unitárias acima descritas podem não ser aplicadas em
algumas das usinas em operação do Quadrilátero Ferrífero, devido às qualidades do
run of mine e das especificações de mercado para os produtos comercializados.
O elevado aproveitamento das reservas de minérios de ferro do Quadrilátero
Ferrífero, ocorrida desde a década de 40, levou ao esgotamento dos minérios de
elevados teores de ferro, culminando assim com a maior oferta de itabiritos pobres.
Alguns projetos têm sido desenvolvidos para o aproveitamento destes itabiritos,
visando atendimento à elevada demanda do mercado. Outros projetos também têm
sido desenvolvidos para adequação de usinas existentes para tratamento dos
itabiritos pobres do Quadrilátero Ferrífero. As rotas de cominuição e concentração
tradicionalmente usadas compreendem operações de moagem de bolas em um
estágio para liberação entre os minerais de ferro e o quartzo, seguida de
deslamagem e concentração por flotação. Esta rota apresenta elevados valores de
capex e opex e elevada geração de lama.
Este trabalho descreve a rota de processo otimizada para o aproveitamento de
itabiritos pobres do Quadrilátero Ferrífero, visando aumento de recuperação e
redução de custos. A etapa de moagem foi realizada em dois estágios, visando
redução do consumo de energia e redução na geração de lamas. A rota de
concentração adotada compreende estágios de flotação de grossos e finos e
concentração magnética de rejeitos, visando aumento da recuperação metálica,
maior facilidade de operação e redução de custos.
Os ganhos obtidos com a rota otimizada foram validados por testes piloto de longa
duração, realizados na planta piloto do Centro de Pesquisas Tecnológicas da Vale
situada na mina de Alegria, município de Mariana. O projeto desta rota encontra-se
em fase de implantação para produção de 14 milhões de toneladas por ano de pellet
feed, com previsão de start up em 2015.
2 MATERIAIS E MÉTODOS
As rotas de cominuição e concentração convencional e otimizada foram avaliadas
por testes piloto. As Figuras 1 e 2 mostram os fluxogramas das rotas avaliadas.
Produto britado
(<12,5mm)
Lama
Desl. 1ª
Desl. 2ª
Moagem bolas
Flotação
Rougher
Cleaner
Recleaner
Scavenger 1
Scavenger 2
Pellet feed
Rejeito final
Figura 1- Fluxograma da rota convencional de moagem e concentração
Produto britado
(<12,5mm)
Lama
Desl. 2ª
Desl. 1ª
Moagem 1ª
Moagem 2ª
Flotação de grossos
Rougher
Cleaner
Recleaner
Pellet feed
Concentração magnética
Flotação de finos
Cleaner
Recleaner
Rejeito final
Pellet feed
Figura 2- Fluxograma da rota otimizada de moagem e concentração
A rota de processo convencional apresenta estágio de moagem de bolas em um
estágio para obtenção de produto com aproximadamente 95% passante em 150µm,
seguido de dois estágios de deslamagem. A rota de concentração é formada por
células de flotação nos estágios rougher, cleaner, recleaner, scavenger 1 e
scavenger 2, visando a obtenção de pellet feed com teor de SiO2 próximo a 1%.
A rota de processo otimizada apresenta dois estágios de moagem de bolas para
obtenção de produto com aproximadamente 95% passante em 150 µm, seguidos de
dois estágios de deslamagem. A utilização de duplo estágio de moagem visa
redução do consumo de energia e redução na geração de lama. A rota de
concentração é dividida em duas etapas: (i) estágios de flotação rougher, cleaner e
recleaner em circuito aberto para o underflow do primeiro estágio de deslamagem
(flotação de grossos), com maior facilidade de operação, redução na quantidade de
equipamentos, menor arraste de partículas de Fe finas para o rejeito, visando a
obtenção de pellet feed com teor de SiO2 próximo a 1%. (ii) estágios de
concentração magnética de alta intensidade seguida de células de flotação
mecânicas para o rejeito da flotação de grossos e o underflow do segundo estágio
de deslamagem, obtendo rejeito final com teor de Fe inferior ao obtido em circuitos
de flotação da rota convencional, visando também a obtenção de pellet feed com
teor de SiO2 próximo a 1%.
3. RESULTADOS E DISCUSSÃO
3.1- MOAGEM
As figuras 3 e 4 mostram os fluxogramas de moagem das rotas convencional e
otimizada.
Produto britado
(<12,5mm)
Produto moído
95% < 150µm
Figura 3- Fluxograma de moagem da rota convencional
Produto britado
(<12,5mm)
Moagem 1ª
Moagem 2ª
Figura 4- Fluxograma de moagem da rota otimizada
Os resultados comparativos dos circuitos de moagem são mostrados na Tabela 1.
Tabela 1- Resultados de moagem das rotas de processo convencional e otimizada
A Tabela 1 mostra redução de aproximadamente 20% no consumo específico de
energia e na geração de lama no circuito de moagem da rota otimizada. Os valores
de A80 e P80 foram aproximadamente iguais para as duas rotas de moagem, o que
permite a comparação entre os valores de consumo de energia e geração de lama.
3.2- CONCENTRAÇÃO
As Figuras 5 e 6 mostram os circuitos de concentração das rotas convencional e
otimizada.
UFs do 1º + 2º estágios
de deslamagem
Flotação
Rougher
Cleaner
Recleaner
Figura 5- Fluxograma de concentração da rota convencional
UF do 1º estágio de
deslamagem
Flotação de grossos
Rougher
Cleaner
Recleaner
UF do 2º estágio de
deslamagem
Pellet feed
Concentração magnética
Flotação de finos
Cleaner
Recleaner
Rejeito final
Pellet feed
Figura 6- Fluxograma de concentração da rota otimizada
O circuito de concentração da rota otimizada pode ser justificada pelos seguintes
parâmetros:

Diferenças de comportamentos entre as frações granulométricas no processo
de flotação. Estudos realizados mostram diferenças nas probabilidades de



colisão e adesão e na estabilidade do agregado partícula/bolha entre as
partículas grossas e finas, além de diferenças na adsorção e consumo de
reagentes de flotação.
Dificuldades de recuperação de partículas finas de minerais de ferro no
processo de flotação. A utilização de equipamentos de concentração
magnética possibilita a obtenção de rejeitos com teores de Fe inferiores aos
obtidos em circuitos de flotação, resultando assim em maior recuperação
metálica.
Redução no consumo de reagentes de flotação através da utilização de
equipamentos de concentração magnética de alta intensidade.
Circuito de flotação de grossos em circuito aberto, com maior simplicidade e
melhor controle operacional.
A Figura 7 mostra a distribuição granulométrica dos produtos do underflow dos dois
estágios de deslamagem.
Distribuição granulométrica dos produtos da deslamagem
100,00
UF Desl. 1ª
90,00
UF Desl. 2ª
80,00
% passante acumulado
70,00
60,00
50,00
40,00
30,00
20,00
10,00
0,00
0,010
0,100
1,000
10,000
100,000
1000,000
Malha (mm)
Figura 7- Distribuição granulométrica dos produtos dos estágios de deslamagem
O underflow do 1º estágio de deslamagem (alimentação da flotação de grossos)
apresenta apenas 17% de partículas menores que 45µm, o que facilita a operação
deste circuito, com possibilidade de obtenção de rejeito com baixo teor de ferro.
A Tabela 2 mostra os resultados da flotação de grossos, alimentada com o
underflow do 1º estágio de deslamagem.
Tabela 2- Resultados da flotação de grossos
Fluxo
Rec. Massa (%)
Fe (%)
SiO2 (%)
Alimentação
100,00
41,46
40,16
Concentrado rougher
50,32
66,26
4,63
Rejeito rougher
49,68
16,34
76,14
Concentrado cleaner
40,86
68,99
0,82
Rejeito cleaner
9,46
54,49
21,09
Rejeito total
59,14
22,45
67,34
Os resultados da Tabela 2 mostram a obtenção de concentrado final com 0,82% de
SiO2 e rejeito com 22,5% de Fe. A pouca presença de finos não afetou a
estabilidade da espuma de flotação. O rejeito desta etapa foi direcionado para a
etapa de concentração magnética juntamente com o underflow do 2º estágio de
deslamagem.
Os resultados da etapa de concentração magnética de alta intensidade estão
mostrados na Tabela 3, indicando a obtenção de rejeito final com teor de Fe inferior
a 8%.
Tabela 3- Resultados da etapa de concentração magnética de alta intensidade
O circuito de flotação da rota convencional indicou a obtenção de rejeito com mínimo
de 12% de Fe, com dosagem de amido de 1000g/t, sendo que os circuitos de
flotação da rota otimizada operaram com metade desta dosagem (500g/t), com
consequente redução de custo operacional. A dosagem de amina foi igual para as
duas rotas de concentração, porém o consumo foi inferior para a rota otimizada,
devido a menor massa tratada nas etapas de flotação desta rota.
A presença de partículas grossas e finas (UF do 1º estágio de deslamagem + UF do
2º estágio de deslamagem) na flotação da rota convencional pode justificar o teor de
Fe no rejeito mínimo de 12% e o maior consumo de amido.
Os resultados globais obtidos para as rotas convencional e otimizada são mostrados
nas Tabelas 4 e 5.
Tabela 4- Resultados globais da rota convencional
Tabela 5- Resultados globais da rota otimizada
O desenvolvimento da rota de processo otimizada consiste na adequação da usina
do Cauê, atualmente alimentada por itabiritos ricos para produção de granulados,
sinter feed e pellet feed. O esgotamento das reservas de itabiritos ricos irá culminar
com o aproveitamento dos itabiritos pobres (teor de Fe entre 40 e 45%), sendo
assim necessária a adequação da usina para produção de aproximadamente 14
milhões de toneladas por ano de pellet feed, com previsão para início de operação
em 2015.
A tabela 6 mostra os ganhos a serem obtidos com a rota otimizada em relação à rota
convencional para o aproveitamento de itabiritos pobres na usina do Cauê em
Itabira: aumento de 914.000 t/ano na produção de pellet feed e redução de
US$0,23/talimentada no custo operacional. Estes ganhos deverão ser obtidos devido a
menor geração de lama, menor consumo de energia na moagem, menor teor de Fe
no rejeito e menor consumo de reagentes de flotação.
Tabela 6- Produção e custos comparativos entre as rotas convencional e otimizada
projetados para o projeto de adequação da usina do Cauê
Parâmetros
Rota convencional (1)
Rota otimizada (2)
Diferença (2) -(1)
Produção de pellet feed (t/ano)
13.359.738,46
14.273.709,59
913.971,13
Energia na moagem (US$/talimentada)
0,13
0,11
-0,02
Amido (US$/talimentada)
0,34
0,17
-0,16
Amina (US$/talimentada)
0,25
0,21
-0,04
A Figura 8 mostra detalhes do projeto, sendo que os prédios da concentração
magnética e flotação de finos são existentes. O local para instalação dos prédios da
moagem, deslamagem e flotação de grossos está mostrado na Figura, estando em
término dos serviços de terraplenagem para início das obras civis.
Prédio da concentração
magnética
Prédio da flotação de
finos
Local de instalação dos prédios
da moagem, deslamagem e
flotação de grossos
Figura 8- Vista geral do projeto de aproveitamento de itabiritos pobres na usina do
Cauê através da rota de processo otimizada.
Figura 9- Circuito de flotação de finos
Figura 10- Circuito de concentração magnética
4 CONCLUSÃO
Estudos realizados para o aproveitamento de itabiritos pobres do Quadrilátero
Ferrífero mostram que a rota de processo otimizada, formada por duplo estágio de
moagem, deslamagem, flotações separadas de grossos e finos e concentração
magnética para os rejeitos das etapas anteriores deverá possibilitar aumento de 6%
na recuperação metálica (914.000 t/ano de pellet feed) e redução de
0,23US$/talimentada no custo operacional, em relação à rota convencional formada por
moagem em um estágio, deslamagem e flotação.
O projeto da rota otimizada faz parte da adequação da usina do Cauê para
processamento de itabiritos pobres, estando em fase de implantação, com previsão
de start up em 2015.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
1 WILLS, B.A. Mineral Processing Technology. An Introduction to the Practical
Aspects of Ore Treatment and Material Recovery. 6ht edition. 1997.
2 LIMA, N.P. Avaliação do Processo de Flotação para Diferentes Frações
Granulométricas. Tese de Doutorado. Programa de Pós Graduação em
Engenharia Metalúrgica e de Minas, CPGEM. Universidade Federal de Minas
Gerais. Março de 2010. p.166.
Conheça os autores do projeto
Carlos José Gonçalves – Técnico em Mineração pela Escola Técnica
Federal de Ouro Preto, Administração de Empresas com pós-graduação em
Gestão Estratégica de Recursos Humanos, pela Funcesi. Trabalha na Vale há 27
anos. Atualmente atua na Gerência de Desenvolvimento de Projetos de
Tratamento de Minérios nas usinas de Itabira, com foco nos projetos de
tratamento de itabiritos pobres.
Neymayer Pereira Lima – Engenheiro master, com formação em
Engenharia de Minas pela Universidade Federal de Ouro Preto e mestrado e
doutorado pela UFMG. Ingressou na Vale em 2000 e atualmente trabalha na
Gerência de Desenvolvimento de Projetos de Tratamento de Minérios, no
desenvolvimento de projetos green field e borwn field de ferrosos e em novas
tecnologias de tratamento de minérios.
Nilton Torquato – Especialista em Processo Mineral, com pós-graduação
em Engenharia de Processos pelo Ietec. Atualmente trabalha na Gerência de
Desenvolvimento de Projetos de Tratamento de Minérios da Vale, no
desenvolvimento de projetos green field e borwn field de ferrosos e em novas
tecnologias de tratamento de minérios.
Selmir Silva – Engenheiro master, com formação em Engenharia
Química pela UFMG. Atualmente trabalha na Gerência de Desenvolvimento de
Projetos de Tratamento de Minérios da Vale, no desenvolvimento de projetos
green field e borwn field de ferrosos e em novas tecnologias de tratamento de
minérios.
Josemar Costa – Engenheiro de Processo com formação técnica em
Mineração pela Escola Técnica Federal de Ouro Preto e engenheria de Produção
pela Faculdade Pitágoras. Com 19 anos de carreira na Vale, atuou na área de
pesquisa e desenvolvimento como supervisor do Centro de Pesquisas
Tecnológicas. Atualmente trabalha na Gerência de Desenvolvimento de Projetos
de Tratamento de Minérios nas usinas do Complexo Minas Centrais com foco na
implantação de projetos capital, desenvolvimento de novos equipamentos e
simulação plurianual de produtos.
Demais integrantes da equipe:
Rodrigo F. Ferreira - Engenheiro de Processo.
Nilson N. de Paula - Engenheiro de Processo.
Marcos dos Reis - Técnico Especializado de Produção.
Flávio Coelho - Operador Mantenedor Mecânico.
Marcos de Castro - Operador de Equipamentos e Instalação I.
Frederico R. Siqueira - Operador de Equipamentos e Instalação I.
Erasmo M. Santiago – Operador de Equipamentos e Instalação.
Geraldo L. de Oliveira – Técnico de Controle de Processo.
Márcio Marques – Operador de Equipamentos e Instalação.
Reginaldo C. dos Santos – Técnico de Controle de Processo.
Roberto Silva – Operador de Equipamentos e Instalação.
Walisson G. Florêncio - Operador de Equipamentos e Instalação.
Wesley Figueiredo – Supervisor de Tratamento e Usina.
Ricardo L. Nunes - Operador de Equipamentos e Instalação.
Cláudio M. Alves - Operador de Equipamentos e Instalação.
Marcelo dos Santos – Analista Operacional.
Reuber A. Silva - Técnico de Controle e Processo.
Raimundo D. Silva - Técnico de Controle e Processo.