RESUMO

O principal objetivo desse trabalho foi implementar soluções técnicas e analíticas para reduzir os níveis de parada da planta de beneficiamento de Minério de Ferro da empresa JMN Mineração por falhas de clarificação no espessador de Lama, ou seja, baixa performance do mesmo, causada por diversos motivos, dentre eles os principais: pH de trabalho fora da faixa adequada de atuação dos floculantes testados, corrigido com as barras alcalinizantes para garantir estabilidade no processo; floculante inadequado para certos tipos de polpa, visto que a variabilidade química e mineralógica da lama é extremamente alta; preparação de solução de floculante ineficaz, sendo feita inclusive manualmente; aplicação apresentando variações intermitentes nas bombas dosadoras; e falta de acompanhamento analítico do sistema de desaguamento.

INTRODUÇÃO

O processamento de minérios com baixos teores dos elementos de interesse e liberação em distribuição granulométrica fina têm também contribuído com o aumento da necessidade de separar sólidos de suspensões líquidas. Um outro fator importante que tem atuado no sentido de aumentar as aplicações da separação sólido-líquido é o rigor das leis de proteção ambiental que, frequentemente, limitam as condições para o lançamento de efluentes industriais no meio ambiente. Diversos fatores podem influenciar o projeto e a operação dos sistemas de separação sólido líquido. Dentre eles se destacam:,

• Distribuição granulométrica dos sólidos – esse fator tem um efeito significativo sobre o desempenho das operações de separação sólido- -líquido. Usualmente, quanto mais fino o material, pior o desempenho dessas operações.

• Forma das partículas – partículas com formas próximas a de esferas usualmente apresentam melhor desempenho na separação das suspensões. Assim, partículas lamelares ou aciculares tendem a apresentar problemas na separação, reduzindo a velocidade de filtragem ou ainda acarretando o cegamento do meio filtrante.

• Características da superfície das partículas – essas características têm grande importância na escolha dos reagentes auxiliares, tipo floculantes.

• Concentração de sólidos na polpa – nas operações de filtragem observa-se que quanto maior a concentração de sólidos na polpa, melhor será o desempenho e a produção e, consequentemente, menores serão os custos envolvidos. Nas operações de espessamento o efeito da concentração de sólidos na polpa dependerá da utilização de reagentes floculantes, uma vez que a estrutura dos flocos depende da percentagem de sólidos da polpa onde é formado.

 • Presença de lamas – as lamas apresentam elevada superfície específica e se dispersam apresentando um movimento browniano que dificulta sua sedimentação. Em função disso, são adicionados agentes agregantes que ajudam a aumentar a taxa de sedimentação ou de filtragem.

• Viscosidade do líquido e temperatura da polpa – a viscosidade de um fluido aumenta com a redução da temperatura e acarreta uma diminuição nas taxas de sedimentação e de filtragem.

• Presença de sais dissolvidos – a presença de sais dissolvidos influencia no tipo e na dosagem dos reagentes utilizados como agentes auxiliares de espessamento e filtragem.

 Além disso, dependendo do tipo de sal, poderá ocorrer um aumento na taxa de corrosão dos equipamentos, reduzindo sua vida útil. Identificação do problema: Sistema de espessamento e recuperação de água operando fora das condições ideais. Tratativa: Implementação de controles analíticos de processo e aplicação de um programa de tratamento químico adequado.

CONCEITOS

 Coagulação, Floculação, pH e Turbidez Os minerais na faixa granulométrica fina costumam responder mal aos processos usuais de separação sólido/sólido. Nessa faixa, forças intermoleculares de longo alcance e fenômenos de dupla camada elétrica podem dominar e controlar a interação entre as partículas. Geralmente, a agregação de partículas é favorecida por potenciais eletrocinéticos baixos ou de sinais opostos e por pequenas “espessuras” das duplas camadas elétricas. A agitação da polpa e a temperatura também desempenham papel importante na agregação. A coagulação ocorre quando partículas extremamente finas se aderem diretamente umas às outras através de forças de atração mútua denominadas London-van der Waals, que são efetivas somente a uma distância relativamente pequena. A adesão ocasionada por essas forças não é possível quando as partículas se encontram envolvidas por uma atmosfera eletricamente carregada que, usualmente, acarreta uma repulsão entre partículas que se aproximam umas das outras.

A agregação das partículas irá, portanto, depender do balanço entre as forças de atração e de repulsão eletrostáticas presentes na interface sólido-líquido. Coagulante Os coagulantes são eletrólitos que apresentam carga oposta às das superfícies das partículas que, quando dispersos no meio, acarretam a neutralização da carga levando as partículas ao contato umas com as outras e a sua adesão como resultado das forças de atração moleculares. Sais inorgânicos têm sido utilizados com essa finalidade e, como os íons contrários em sistemas aquosos são usualmente carregados positivamente, sais contendo cátions muito carregados, tais como Al+++, Fé+++ e Ca++ são preferencialmente utilizados. Cal e ácido sulfúrico podem também ser utilizados dependendo da carga de superfície das partículas. Floculante A floculação consiste na formação de aglomerados muito mais abertos que os obtidos a partir da coagulação e depende da utilização de moléculas de reagentes que agem como pontes entre partículas separadas na suspensão.

 Os reagentes utilizados para formar essas pontes são polímeros orgânicos de cadeia longa que podem ser naturais, tais como, amido, goma e gelatina, ou sintéticos, denominados polieletrólitos. A maioria dos polieletrólitos apresenta caráter aniônico, mas são também produzidos os não iônicos e catiônicos. Os sais inorgânicos não são capazes de exercer a função de formar pontes, mas algumas vezes são utilizados em conjunto com os polieletrólitos com o objetivo de reduzir os custos de neutralização das cargas. A escolha do reagente deve levar em consideração o tamanho da cadeia molecular, a natureza iônica do polímero, a densidade iônica e as características químicas dos grupos ativos da molécula. Além disso, o tipo de floco desejado apresenta um papel fundamental na escolha do reagente mais adequado. Na operação de espessamento é importante a formação de flocos grandes enquanto na filtração o floco deve ser compacto, com um mínimo de água retida em seu interior. Em situações em que o manuseio envolve etapas de bombeamento os flocos devem ser resistentes.

pH A sigla pH é utilizada para representar o potencial hidrogeniônico presente em uma determinada solução ou mistura. Esse potencial refere-se à quantidade (concentração molar ou molaridade) de cátions hidrônio (H+ ou H3O+) presentes no meio e indica se esse meio, ou mistura, é ácido, básico ou neutro. Turbidez A turbidez é a medida da dificuldade de um feixe de luz atravessar uma certa quantidade de água, conferindo uma aparência turva à mesma. A unidade convencional é NTU (Unidade Nefelométrica de Turbidez). Alcalinizante Descrição do produto utilizado neste estudo/aplicação: Produto: ECOAR A90. Função: Alcalinizante em barra solúvel com efeito coadjuvante de coagulação. Tecnologia patenteada pela Ecoar Soluções Ambientais. Mecanismo de reação: quando em contato com a água ou efluente, o produto libera hidróxido de sódio que fornece a alcalinidade necessária ao processo de coagulação, além de também conter ativo que inibe a dispersão e auxilia na coagulação através da ação dos íons de Ca++ da sua composição.

CARACTERÍSTICAS

As barras solúveis proporcionam a forte simplificação do método de dosagem química, eliminando riscos pessoais e ambientais, além de reduzirem custos diversos com mão de obra e toda estrutura física que é dispensada (bombas dosadoras, tanques de armazenamento e preparo de soluções). 2. SISTEMA DE DOSAGEM Para aplicação do produto, são inseridos cestos diluidores em pontos estratégicos da canaleta ou ao longo do trajeto dos efluentes. Esses cestos possibilitam o ajuste fino da dosagem de produto necessária para o tratamento eficiente do efluente. A forma como as barras ficam dispostas nos cestos favorece o consumo controlado dos produtos, uma vez que a diluição ocorre de forma contínua e proporcional a vazão de efluente passante. O ganho de autonomia na reposição de barras se dá pelo aumento da altura do empilhamento.

 3. PRINCIPAIS BENEFÍCIOS

Única tecnologia capaz de tratar efluentes com proporcionalidade em locais onde não há medição de vazão online para controlar as bombas dosadoras. O tratamento dispensa bombas dosadoras, tubos/mangueiras, medidor de vazão online e tanques de solução. Esse método elimina o manuseio perigoso de químicos, uma vez que elimina a operação de preparo de soluções.

ESPESSADOR DEEP CONE

Os espessadores industriais são, usualmente, equipamentos grandes e caros. Constituem- se por uma parte cilíndrica e uma parte cônica de baixa inclinação de fundo. Alimentam-se pelo centro, onde as partículas mais densas sedimentam mais rapidamente e as menos densas, mais lentamente. As partículas sedimentadas são recolhidas no ápice da parte cônica e são chamadas de “underflow”, enquanto o líquido clarificado é chamado de “overflow”. Esse último transborda através de calhas que circundam o equipamento e direcionam o líquido sobrenadante até um reservatório de bombeamento de água de reutilização.

METODOLOGIA

Ensaios de sedimentação em proveta O teste de sedimentação em bancada é uma etapa básica para o dimensionamento do decantador (espessador e clarificador). O experimento corresponde a um processo de separação sólido-líquido, que simula o que ocorre na prática. Para o teste é necessário o uso de uma proveta, de 1000 ml e algumas condições como: uma bancada plana e livre de vibrações, proveta posicionada contra paredes que contrastem com a cor do material a ser sedimentado, iluminação e um cronômetro. Nos resultados dos testes alguns fatores como a massa específica, tamanho e forma da partícula e a velocidade terminal são importantes. A velocidade terminal de uma partícula, é uma velocidade uniforme quando as forças de impulsão e de atrito em que a partícula está sujeita igualam a força da gravidade. Baseado nisso, o teste de sedimentação identifica o comportamento das partículas suspensas em um líquido e atribui dados de velocidade de sedimentação e concentração máxima da polpa. Durante o processo de decantação, algumas partículas podem ser muito pequenas ou estarem estabilizadas na suspensão, não tendo “força” o suficiente para decantar. Quando isso acontece, é utilizado o que chamamos de coagulante e floculantes, ambos aceleram a velocidade terminal na decantação, pois agregam as partículas, as fazendo ficar mais densas e decantando.

 O tipo de floculante e coagulante a ser utilizado vai depender do material a ser separado. Abaixo, diagrama de testes elaborado pela equipe JMN para o acompanhamento diário do sistema de espessamento bem como avaliação de novos polímeros com potencial de aumento na velocidade de sedimentação sem perda na qualidade do Over Flow e mantendo o grau de hidratação dos flocos para não haver perda de performance na etapa seguinte (filtragem).

Laboratório de Processos JMN

Para a realização de todos os trabalhos de estudos e pesquisa de melhoria no sistema de desaguamento bem como na otimização das etapas unitárias de beneficiamento, a equipe JMN não poupou esforços em destinar meios e recursos para equipar, com equipamentos de primeira linha um espaço destinado a esses desenvolvimentos. Turbidez (NTU) Volume na proveta (ml)

CONCLUSÃO

Com base nos dados acima de redução de paradas por falha de clarificação partindo de 840 minutos em Julho/22 para 60 minutos em Dezembro/22, dados mais significativos deste trabalho, implicando em maior produtividade, redução no consumo específico de floculante, maior estabilidade operacional, mesmo com o teor de Fe caindo e a massa de lama aumentando no período. Foram utilizadas ferramentas analíticas como o Teste de Sedimentação em bancada, bem como a otimização do preparo e aplicação de Floculante, aliados a inserção de um produto inovador de alcalinização em barras solúveis em parceria com a Ecoar Soluções Ambientais, foram atingidos maiores níveis de controle operacional do sistema de desaguamento, e elevação dos patamares de Utilização Física da planta, o que trouxe, por consequência, expressivos ganhos no período avaliado, em produtividade de concentrado de Minério de Ferro, produto final da JMN Mineração e de interesse direto dos seus clientes.

AUTORES: Edson Geraldo Santos, Supervisor de Processos – Glender Augusto Teixeira de Oliveira, Supervisor de Produção, Isabela Teixeira Lima, Analista de Processos, Natan Alves Paraguai, Técnico de Processos, Otávio Rodrigues Guimarães, Técnico de Processos, Roberto Sebastião Tavares, Coordenador de Operação e Robert Luiz Mendes, Gerente de Operação de Usina. Toda equipe de Processos, Operação e Manutenção de Usina