Mina do Azul, em Carajás (PA)
Helder Silva Souza, Laurindo de Salles Leal Filho, Arildo Henrique de Oliveira
Este trabalho apresenta a rota de concentração de manganês através da flotação reversa de caulinita, presente na forma de ganga, em um rejeito proveniente do beneficiamento de minério manganês do Azul. Tem-se como objetivo o desenvolvimento da rota de concentração por flotação de finos de manganês através de coletores e depressores que conduzem a separação seletiva entre os minerais de manganês e de ganga, o que, possivelmente, contribuirá para o processamento de minérios atualmente considerados como marginais, aumentando a vida útil de reservas existentes e futuras, e o aproveitamento de minérios finos de manganês depositados em barragens.
Além de desenvolver uma rota tecnicamente viável para se concentrar minerais de manganês descartados como rejeito na Mina do Azul, este trabalho também contribui para o conhecimento das condições físico-químicas que favorecem a separação caulinita/óxidos de manganês. Tal contribuição se faz muito relevante para o Brasil e outros países localizados em zonas tropicais e/ou subtropicais, onde muitos recursos minerais metálicos são encontrados na forma de depósitos lateríticos. Deste modo, os resultados deste trabalho podem ser ponto de partida para futuros estudos que visem à separação caulinita/hematita, caulinita/gibbsita, e caulinita/níquel oxidado.
A usina de manganês do Azul está localizada na província mineral de Carajás (PA), sendo constituída de operações unitárias de britagem, peneiramento e classificação (em classificador espiral). O retido nas peneiras (fração granulada) e o underflow do classificador (sinter feed) compõem o portfólio de produtos da usina, e a fração fina (overflow) do classificador é descartada como rejeito e destinado para a barragem.
O desenvolvimento da rota de processo em escala de laboratório, para a concentração dos minerais portadores de manganês presentes no rejeito descartado pela usina de beneficiamento do Azul, constitui o objetivo deste trabalho.
Tendo em vista a tendência de exaustão dos minérios ricos, é quase inevitável o aumento da relevância de operações unitárias complementares de concentração no beneficiamento de minérios, que serão explotados nas próximas décadas. Neste contexto, este trabalho antecipa uma necessidade da indústria mineral.
Para concentração de manganês normalmente são utilizados métodos gravimétricos que apresentam bons resultados para minérios ricos em Mn, grossos e liberados. O escopo desse estudo foi desenvolver uma rota de processo para o beneficiamento de finos de manganês, com intuito de obter produtos com qualidade para ser incorporado aos produtos atualmente produzidos.
Inicialmente, realizou-se o estudo de caracterização mineralógica, subsidiando os estudos de flotação em bancada na definição da rota de concentração. Verificou-se que o rejeito é composto por caulinita (~50% em massa) e, em menor proporção, por criptomelana-holandita (34% em massa). A caulinita apresenta liberação global de ~80%, e os óxidos de manganês apresentam liberação de ~60%.
Estudos de flotação em escala de bancada, com amostras de rejeitos previamente deslamadas em 10 um, foram realizados para a definição da rota de concentração. A melhor condição obtida para a concentração foi a de flotação catiônica reversa a 20% de sólidos, em pH>10, usando como depressor fubá ou Fox Head G2241 para a depressão dos minerais de manganês, e o coletor amida-amina Flotigam 5530 para flotação da caulinita.
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Materiais e métodos
O rejeito proveniente da mina de manganês do Azul foi amostrado no circuito de beneficiamento industrial, depois do minério ter sido submetido às etapas de britagem, desagregação, peneiramento e lavagem. Depois de adensado (decantação em tambor e a água sifonada por transbordo) da amostra de rejeito, esta foi seca (temperatura <60ºC) e homogeneizada para a retirada de amostras representativas para a caracterização e ensaios de flotação. A amostra de rejeito para os testes de flotação foi preparada de acordo com o fluxograma da Figura 1.
Os testes de flotação reversa foram realizados em célula de flotação com alíquotas de 500g de alimentação. O condicionamento com reagentes foi realizado na própria célula sem a injeção de ar, com a polpa a 20% de sólidos, sendo 5 min de condicionamento com depressor e ajuste de pH com NaOH e 1 min de condicionamento com coletor. Na flotação reversa para depressão dos minerais de manganês foi utilizado amido modificado com nome comercial FoxHead G2241 (fabricado pela CornProducts), e o coletor seletivo para caulinita (principal ganga) utilizado foi uma amida-amina com nome comercial Flotinor 5530 (fabricado pela Clariant).
Os ensaios seguiram o fluxograma simplificado apresentada na Figura 2 com estágios rougher/scavenger produzindo um concentrado (produtos que afundaram no estágio rougher e scavenger), cuja massa alimenta um estágio cleaner.
De acordo com a figura 2 o circuito de flotação é composto de estágios rougher+scavenger-1, cujo concentrado deve alimentar uma segunda etapa composta de cleaner+scavenger-2, onde os produtos afundados nos estágios cleaner e scavenger-2 compõem o concentrado final.
A caracterização mineralógica seguiu o seguinte procedimento experimental:
a) Homogeneização e retirada de alíquota representativa para execução das atividades de caracterização;
b) Classificação granulométrica por peneiramento a úmido em peneiras, seguida de deslamagem em ciclone, com corte aproximado de 0,010 mm, do passante de 0,020 mm e análises químicas das frações obtidas;
c) Análises mineralógicas detalhadas por meio da conjugação de difração de raios X, microscopia eletrônica de varredura acoplada a espectrômetro por dispersão de energia (EDS) e busca automatizada utilizando o software Mineral Liberation Analyser (MLA-FEI), para a determinação da composiç&ati
lde;o mineralógica e das características de associação entre os minerais presentes (acima de 0,010 mm).
Resultados
A Figura 3 apresenta o resultado do teor de manganês por faixa de tamanho das amostras de rejeitos (BXME,PERC,PEST,PETB e DETR) da usina de beneficiamento, no qual se verifica que as frações grossas (>0,15mm) são mais ricas em manganês (38% Mn), justificando os testes de concentração utilizando flotação reversa apenas da fração menor que 0,15mm.
A partir do resumo da composição mineralógica apresentado na figura 4 verifica-se que as amostras de rejeito são compostas por caulinita (~50% em massa), com menor proporção de criptomelana-holandita (~34% em massa), nsutita-pirolusita-todorokita (~4% em massa),quartzo (~4%), goethita (~3% em massa), litioforita (~1%) e outros.
Assim como cada uma das amostras/litologias apresenta quantidades de minerais característicos, o grau de liberação também varia. A figura 5 ilustra o grau de liberação dos óxidos de manganês e da caulinita (principal ganga) para cada litologia.
Pela figura 5 verifica-se que as partículas de caulinita encontram-se mais liberadas do que as dos minerais de manganês em todas as litologias, justificando a opção tomada de realizar a concentração de manganês através da flotação reversa da ganga.
Concentração
O desempenho global da rota de concentração é sumarizado na figura 6, onde se verifica que no rejeito oriundo da litologia DETR, o mais pobre em Mn (4%), a rota obteve o maior resultado de enriquecimento (fator=5,3), visto que gerou um concentrado com 21% de Mn, indicado a efetividade da rota desenvolvida para concentração de rejeitos. Verifica-se ainda que os rejeitos originalmente mais ricos em manganês (litologias BXME e PERC) são aquelas que produziram conforme esperado os mais altos teores de Mn no concentrado final (~50%).
De acordo com os resultados globais apresentado na figura 6 a rota desenvolvida de concentração dos rejeitos de manganês foi efetiva, apresentando valores médios de recuperação mássica de 15%, recuperação metalúrgica de 50% e teor do concentrado de 38% Mn.
Conclusões
Os principais minerais portadores de manganês identificados nas amostras de rejeitos foram: criptomelana, pirolusita e litioforita, e a principal ganga identificada é a caulinita com presença de gibbsita, quartzo.
Os rejeitos das cinco litologias podem ser concentrados através de um fluxograma de processo, constituído de deslamagem (10 µm) e flotação catiônica reversa a 20% de sólidos, em pH>10, usando como depressor o Fox Head G2241 para a depressão dos minerais de manganês e o coletor amida-amina Flotigam 5530 para flotação da caulinita.
Os resultados obtidos através da rota desenvolvida de deslamagem e flotação mostram boa seletividade, e valores médios de recuperação metalúrgica50% e concentrados com teores de ~38% Mn.
A rota
desenvolvida de concentração de finos de manganês através de coletores e depressores, que conduzem a separação seletiva entre os minerais de manganês e de ganga pode contribuir para o processamento de minérios atualmente considerados como marginais, aumentando a vida útil de reservas existentes e futuras, e viabilizar o aproveitamento de minérios finos de manganês depositados em barragens.
Autores
Helder Silva Souza, engenheiro de minas, com mestrado em engenharia mineral
Laurindo de Salles Leal Filho, engenheiro de minas, com pós-doutorado em engenharia ambiental
Arildo Henrique de Oliveira, graduado em engenharia geológica e doutor e mestre em geociências
