ufpa - tecnologia metalúrgica - introdução ao beneficiamento de minérios
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Universidade Federal do Pará
Faculdade de Engenharia Mecânica
Curso de Graduação em Engenharia Mecânica
INTRODUÇÃO AO BENEFICIAMENTO DE MINÉRIOS
Bruno Alberto Cardoso Pignatario (10021001701) Dioginis Silva Grunupp (100210003601)
Iago Araújo de Souza(10021001001) Marilza do Santos Viana(10021004901) Rodrigo Ramalho Maciel(10021000801)
Renan Gouvea Dias (10021000501)
Belém
Maio/2010
Bruno Alberto Cardoso Pignatario (10021001701)
Dioginis Silva Grunupp (100210003601) Iago Araújo de Souza(10021001001)
Marilza do Santos Viana(10021004901) Rodrigo Ramalho Maciel(10021000801)
Renan Gouvea Dias (10021000501)
INTRODUÇÃO AO BENEFICIAMENTO DE MINÉRIOS
Pesquisa apresentada em cumprimento às exigências da disciplina: Tecnologia Metalúrgica do curso de Engenharia Mecânica ministrada pelo professor: Prof. Eduardo Braga.
Belém
Maio/2010
Sumário
1 – Introdução
2 – Introdução ao Beneficiamento de Minérios
2.1 – Conceito de Beneficiamento de Minérios;
2.2 – Histórico do Beneficiamento de Minérios;
2.3 – Depósitos e jazidas minerais;
2.4 – Minerais e seu uso;
2.5 – Necessidade de Beneficiamento;
2.6 – Finalidade Econômica e Social;
2.7 – Meio Ambiente;
3 – Conclusão
4 – Referências
1 – Introdução
Beneficiamento de minérios é um assunto que não pode ficar obscuro em
nossa atualidade econômica, a Região Amazônica já vive bastante tempo
no contexto da mineração como integrante majoritário de seu PIB. Como
graduandos em engenharia, é de suma importância a compreensão de
conceitos básicos para o entendimento geral do processo de
beneficiamento de minerais, portanto, o objetivo desse trabalho é introduzir
estes conceitos , para posterior compreensão dos assuntos referentes a
metalurgia, e complementação do conhecimento que já possuímos.
2 – Introdução ao Beneficiamento de Minérios
2.1 – Conceito de Beneficiamento de Minérios
Segundo Adão Luz, beneficiamento de minérios é um processo que
consiste de várias operações. Estas visam mudar várias características de
um bem mineral, entre elas: Granulometria; concentração de determinada
espécie mineral; e forma. Contudo, os processos não devem mudar a
identidade, tanto física, quanto química do material.
Esta é uma abordagem mais clássica sobre o conceito de
beneficiamento de minérios. Nela os minérios não devem podem ter suas
características físico-químicas modificadas. Ou seja, o beneficiamento
consiste em separar o minério de qualquer rejeito indesejado e deixá-lo em
uma forma, ou tamanho de grão, adequado para estocagem, transporte ou
que melhor convenha à etapa seguinte ao beneficiamento.
O objetivo do beneficiamento de materiais é conseguir um minério
que possua apenas uma espécie. Contudo este objetivo não é possível de
ser alcançado em sua totalidade em condições práticas. Nas indústrias e
mineradoras o custo também é um fator, portanto, nem sempre o processo
que consegue a maior pureza é o mais recomendado.
Em companhias, como a Vale, os processos de beneficiamento
obedecem a uma ordem lógica. Após a extração do minério bruto ele é
levado para o setor de beneficiamento. O primeiro passo é a cominuição.
Ele visa diminuir o tamanho do grão que do minério bruto, para que seja
mais fácil a separação do minério desejado do rejeito. É uma parte de alto
custo do processo.
A segunda etapa é uma classificação do minério que já passou pelo
processo de cominuição. É feita uma seleção usando processos de
peneiramento, que separam pelo tamanho do grão obtido, e por processos
como a ciclonagem. Depois o minério é submetido aos processos que
visam à separação das espécies minerais.
Existem vários processos que podem fazer essa separação mais
seletiva. A escolha do processo mais adequado depende do minério que
deseja-se obter. Contudo o resultado dos processos, quando bem
selecionados e aplicados, é o minério de interesse, como ferro, cobre ou
manganês e rejeito, que é constituído de minérios que não são
interessantes ou que não tem valor econômico que viabilize sua
separação.
Apesar do processo de beneficiamento ter uma ordem que não
deve ser quebrada, em que a etapa anterior é fundamental para a
realização da etapa subseqüente, esta etapa de separação de minérios é a
mais importante e que possui mais especificidades. Outro ponto é a
viabilidade econômica do beneficiamento de minérios. O beneficiamento
possui altos custos, superiores ao da extração, portanto definir o que
convém ser beneficiado e o processo que gera melhor custo benefício é
primordial.
Depois da última etapa citada, ocorrem processos que visam
facilitar o depósito e estocagem dos que foi gerado como resultado. O
rejeito deve ser espessado para poder ser descartado em um depósito
próprio e o minério de interesse deve ser espessado e preparado para que
tenha a maior pureza possível antes de ser estocado ou enviado para uma
indústria químico-metalúrgica.
2.2 – Histórico do Beneficiamento de Minérios
A utilização dos metais para utilidade humana, trousse a chamada
Era dos Metais, período evolucional que proporcionou ao Homem o
trabalho artesanal dessa matéria prima, até então desconhecida. É
registrado pela história que a partir disso, povos como os egípcios, gregos
e romanos utilizavam metais para fazer jóias, utensílios de guerra, e
artigos religiosos. Assim como também na América os incas, mais e
astecas também dominavam processo de beneficiamento de minérios,
principalmente ouro e prata, para praticas religiosas.
Tem-se registrado que os egípcios já utilizavam processos
gravíticos, com o ouro, posteriormente veia utilização dos moinhos que
utilizavam mecanismos mecânicos que combinavam a força animal com a
força de elementos naturais, como a água. Sendo que a partir da
Revolução Industrial a busca por melhorias no tratamento de minérios foi
significativa, devido estes serem fonte de riquezas e medida de poder da
época, e com isso palatinamente os avanços chegaram.
Um outro passo importante ocorreu em 1905, quando foi utilizado o
processo de Flotação, na Austrália, e a partir disso os projetos buscaram
reformular o conceito de qualidade, ocasionando em máquinas mais
eficientes e menores o que proporcionou a vasta pesquisa em
desenvolvimento e otimização de equipamentos.
Houve também o período em que começou a ser levado em
consideração os impactos ambientais, porém até os anos 60, a visão dos
impactos ambientais causados nesta extração não tinha grande
importância, já nos anos 70 foi aumentando a polêmica sobre o assunto
até que hoje uma previsão dos impactos é um dos pontos principais antes
de se começar a extração. Quanto a evolução de maquinário e processos,
hoje já possuem máquinas com sistemas automatizados, monitorados por
computador, e além disso, hoje temos a preocupação, acima de tudo, com
a questão energética.
2.3 – Depósitos e jazidas minerais
O conceito de jazida mineral diz respeito a um local em que exista a
concentração de uma ou mais substância, onde as mesmas possuem um
valor econômico, estas jazidas podem estar localizadas na superfície ou
no interior da crosta terrestre, essas substâncias incluem minerais
propriamente ditos ou até mesmo substâncias fósseis como carvão mineral
e petróleo.
Sua classificação pode ser segundo à sua forma geométrica do minério e origem:
• Jazidas magmáticas (filonianas ou intrusivas):
As jazidas magmáticas são chamadas de filonares ou intrusivas,
devido ao fato do seu aparecimento ser em forma de filão, isto é, cortando
as rochas preexistentes.
• Jazidas aluvionares:
Aquela em que o mineral está incorporado aos aluviões.
• Jazidas de inclusão:
Aquela em que o mineral se encontra disseminado na rocha
endógena, em vez de apresentar-se em aglomerados, ou em filões.
• Jazidas petrolíferas:
É o depósito de petróleo em formação favorável à exploração.
Há ainda jazidas sedimentares, onde se encontram depósitos de
cassiterita, ouro e prata. Como tipos ígneos, inclui-se o topázio, a
magnetita, a turmalina e outros; os hidratermais compreendem vários
sulfetos, óxidos e outros; como tipos produzidos por água, citam-se entre
outros a bauxita e a galena.
Para extração são traçados mapas metalogenéticos, relativos às
áreas em que existem maiores incidências de certos tipos de minérios,
sendo estipulados de acordo com o objetivo da empresa. Eis alguns
exemplos de áreas promissoras, com jazidas e depósitos de grande porte.
• Quadrilátero Ferrífero, Minas Gerais - Brasil.
• Província Gemológica Sul-brasileira.
• Carajás, Pará - Brasil.
No âmbito Brasil podemos dizer que, o território brasileiro é
constituído predominantemente por um embasamento formado por rochas
metamórficas, ígneas e sedimentares, além de coberturas fanerozóicas.
Tal território, em sua total extensão, esta inserido na chamada Plataforma
Sul-americana (cuja formação é remontada a 2 600 milhões de anos
atrás).
A compartimentação do território brasileiro pode ser dividida em:
• Bacias sedimentares: (do Parnaíba, do Amazonas, do
Recôncavo, dos Parecis, do Acre, do Paraná etc.)
• Crátons: (Crátons Amazônico, São Luís, São Francisco, Luís
Alves, Maciço Central Goiano,Rio de la Plata);
• Faixas de dobramento: (Paraguai, Brasília, Atlântico,
Sergipana, Espinhaço, Uruaçu, Araguaia-Tocantins, Araçuaí, Ribeira,
Rio Preto).
O estudo dessa geologia do território nacional tem grande
importância, pois permite, inclusive, a identificação de ambientes minerais
portadores de jazidas de grande potencial mineral, em termos de bens
minerais de aproveitamento de ordem econômica. Como referência do
potencial mineral do Brasil, o país possui: as maiores reservas mundiais de
nióbio, com 85% das jazidas existentes; a terceira maior reserva de
cassiterita do mundo, com 12,2% das jazidas; a terceira maior reserva de
bauxita, com 11,1% das jazidas; a quarta maior reserva de caulim, com
9,3% e a quinta maior reserva de minério de ferro, com 8% do total.
Tais considerações sobre o estudo de depósitos de jazidas são de
suma importância devido à necessidade da indústria de absorver matéria
prima para abastecer o mercado de eletrônicos, máquinas pesadas entre
outros utensílios, visando um melhor aproveitamento da extração desses
minérios.
2.4 – Minerais e seu uso
Segundo Adão luz, “mineral é todo corpo inorgânico de composição
química e propriedades físicas definidas, encontrado na crosta terrestre” e
ainda, quando se tem esse mineral agregado a outros minerais de maior
valor, que tem capacidade de aproveitamento industrial tem-se
conceituado um minério.
Como já mencionado dota e qualquer atividade desenvolvida pelo
homem necessita da agregação de minérios para sua bem feitoria,
podemos arriscar dizer que , a partir da Revolução Industrial, não á
desenvolvimento de uma nação cem a exploração de seus recursos
minerais.
Com isso em mente, e tomando a evolução das descobertas de
minerais e sua utilização, surgiram inúmeras formas de classificá-los. O
primeiro que propôs uma ordem de classificação foi Linné (1758) no livro
“In Nature”, e posteriormente surgiram várias outras classificações, sendo
a mais utilizada pela mineralogia, o sistema de classificação elaborado por
Hugo Strunz, que divide os minerais em doze grandes grupos que levam
em consideração os critérios cristaloquímicos. Sendo estes: elementos
nativos; sulfetos; sulfossais; óxidos e hidróxidos; halogenetos; carbonatos;
nitratos; boratos; sulfatos e cromatos; fosfatos, arsenietos e vanadatos;
tungstatos e molibdatos, e silicatos (nesossilicatos, sorossilicatos,
ciclossilicatos, inossilicatos, filossilicatos e tectossilicatos).
Sendo adotado neste trabalho, os principais grupos de classificação
do referido modelo para especificar os minerais e exemplificar seu uso.
• Elementos Nativos
São os minerais que ocorrem na natureza em estado puro, não
combinado. Como o ouro, prata, cobre (nativo), enxofre, diamante, grafite.
È importante salientar que o cobre nativo foi amplamente utilizado ao longo
da história, pois não se conhecia essa substância em outra forma.
• Sulfetos
Os Sulfetos são minerais que surgem da combinação de um
elemento metálico ou semi-metálico com o enxofre(S). São exemplos de
Sulfetos, Esfarelita (ZnS), Calcopirita(CaFeS2), Galena (PbS),
Pirita(FeS2), Molibdenita (MoS2).
Merece destaque a Pirita por ser o mineral mais comum dessa
classe sendo amplamente encontrado em depósitos hidrotermais,
associados com outros sulfetos como, por exemplo, a Calcopirita.
• Sulfatos, Cromatos, Tungstatos e Molibdatos
É proveniente da combinação de cátion bivalente com os complexos
Iônicos (SO4)2-, CrO4, MoO42-, WO42- . São exemplos desses minerais
as, Tenardita (Na2SO4), Anidrita (CaSO4), Celestina (SrSO4), Barita
(BaSO4), Crocoíta (PbCrO4), Wulfenita (PbMoO4), Scheelita (CaWO4) e a
Gipsita( CaSO4.2H2O).
Como representante desses grupos temos principalmente a Gipsita,
que é encontrado em camadas sedimentares estratificadas com calcários.
Importante no fornecimento de Ca e S para as plantas. Também sendo
amplamente utilizada na industria para produção de Gesso, Retardadores
e Cimento.
• Óxidos e Hidróxidos
É composta basicamente da combinação de oxigênio(no caso dos
óxidos) ou da Hidroxila(no caso dos Hidróxidos) com um ou mais metais.
Sendo este um grupo abrangente, que possui elementos importantes para
a industria, tais como, Cassiterita (SnO2), Espinélio (MgAl2O4),
Crisoberílio (Al2BeO), Gibbsita Al(OH)3, Hematita (Fe2O3), Magnetita
(Fe3O4), Ilmenita (FeTiO3), Rutilo (TiO2), Uraninita (UO2), Goethita
(FeO(OH), Brucita (Mg(OH)2). Como podemos constatar esta categoria
possui minerais essenciais na produção industrial, como os óxidos de ferro
que são as principais fontes de ferro da siderurgia, além dos óxidos de
alumínio, que são essenciais para o desenvolvimento industrial.
• Háloides
São formados a partir da ligação de cátions de baixa valência com
íons halogênicos eletronegativos, assim, dando origem a compostos como
a, Halita (NaCl), Silvita (KCl), Fluorita (CaF2), Criolita (Na3AlF6) . Os
exemplos mais amplos de aplicação se dão pela Halita e a Silvita, sendo a
Halita composto formador do sal de cozinha e fornecedor de cloro e sódio
para a indústria e a Silvita fornecedora importante de potássio para a
indústria de fertilizantes.
• Carbonatos
É composto da combinação de cátions bivalentes com o complexo
Aniônico (CO3)2-. Sendo os principais representantes deste subgrupo a
Magnesita (MgCO3), a Calcita (CaCO3) e a Dolomita (CaMg(CO3)2).
Sendo estes amplamente utilizados na industria cimentícia, de
ornamento(mármore) e de química.
• Nitratos e Boratos
É composto da combinação de cátions bivalentes com o complexo
Aniônico (NO3 -) ou com o (B O3 -), compondo compostos como o Salitre
(KNO3) e o Bórax (Na2B4O7.10H2O).
• Fosfatos, Arsenatos e Vanadatos
São encontrados a partir da combinação de cátions metálicos com
os complexos aniônicos (PO4)3- , (AsO4)3- ou (VO4)3- , e formam
compostos como a Apatita (Ca5F(PO4)3), que um importante fertilizante.
É importante mencionar que existe também um modelo mais
generalizado de classificação, que toma os minerais como Metálicos, Não-
Metálicos e Energéticos, sendo este utilizado majoritariamente na
indústria.
2.5 – Necessidade de Beneficiamento
O processo de separação procura adquirir o máximo de
aproveitamento das diferenças existentes nas propriedades das partículas
minerais. Frequentemente um bem mineral não pode ser utilizado da forma
tal como é lavrado. Quanto ao aproveitamento de um bem mineral vai-se
desde a concentração até a extração do metal, a primeira operação traz
vantagens econômicas à metalurgía, devido ao descarte de (massa)
rejeitos, alcançados na etapa de concentração. Exemplo: um minério de
scheelita com teor de 0,35WO3 não pode ser utilizado economicamente na
metalurgía extrativa. Isso é possível após a concentração gravitacional ou
flotação, até obtenção de concentrados com cerca de 70% WO3.
Por outro lado nem sempre é possível concentrar o minério, existem
casos em que o metal de interesse é de difícil separação do rejeito devido
à distribuição deste na rede cristalina dos demais compostos minerais
presentes. É o caso das lateritas niquelíferas de Goiás, onde o seu
aproveitamento só é viável partindo-se direto para extração do metal por
hidrometalugia. Isto é, devido a distribuição do níquel na rede cristalina dos
minerais de ganga e, além do mais, sem nenhuma preferência por
determinado mineral, ocorre o impedimento de uma concentração.
Outrora pode ser interessante economicamente não chegar ao
elemento útil, mais a um produto intermediário. Ainda usando o exemplo
das lateritas niquelíferas, podemos ter como rota alternativa de
processamento o processo pirometalúrgico, que leva ao ferroníquel, em
vez de ao níquel metálico. Este processo consiste numa calcinação
seguida da redução em forno elétrico.
2.6 – Finalidade Econômica e Social
O processo de extração e beneficiamento mineral teve um papel
importantíssimo na história da humanidade e durante a sua ascensão
tecnológica. Hoje os metais são essenciais para a construção de objetos
comuns no cotidiano, como o cobre, usado como condutor elétrico em
aparelhos eletrônicos, o ferro e o aço, largamente utilizados na construção
de veículos e na construção civil, além de outros diversos metais ferrosos
e não-ferrosos que são aplicados na medicina, nas engenharias, no campo
esportivo e até mesmo em objetos decorativos e ornamentais.
A indústria mineral, assim como a pecuária e a agricultura, tem
papel de destaque na economia e na história de qualquer país que a
pratique. No Brasil, por exemplo, a busca por ouro, prata e cobre durante o
século XVIII foi um fator crucial para a exploração e interiorização do
território Brasileiro. Em 2007, a Indústria Brasileira de Mineração e
Transformação Mineral contribuiu com US$ 70 bilhões, ou seja,
aproximadamente 5,17% do PIB Brasileiro.
Presente em aproximadamente 1500 municípios Brasileiros, a
indústria mineradora contribui para o desenvolvimento econômico e social
dos municípios, fato demonstrado pelo significativo aumento do Índice de
Desenvolvimento Humano.
O que realmente destaca o setor mineral está em sua capacidade
de gerar empregos diretamente e indiretamente. De acordo com o Serviço
Geológico Brasileiro para cada posto de trabalho criado na mineração são
criadas outras 13 vagas ao longo da cadeia produtiva.
Tabela evidenciando um maior IDH dos municípios mineradores em relação à unidade
federativa.
Considerando, portanto, os empregos gerados diretamente em
2008, cerca de 160 mil, a indústria mineral gerou indiretamente cerca de
dois milhões de empregos, sem considerar os empregos provenientes de
garimpos, e os gerados nas fases de pesquisa, prospecção e
planejamento.
Tabela indicando o número de empregos diretos gerados pela indústria
mineradora
É evidente a importância da indústria mineral na sociedade
moderna, a mineração acompanha o homem desde sua pré-história e está
mais do que nunca presente em nossas vidas, depende-se dela para
manter nossa qualidade de vida e certamente no futuro estaremos mais
dependentes ainda da mineralogia.
2.7 – Meio Ambiente
Grande parte dos problemas ambientais é causada pela quantidade
de dejetos não aproveitados na extração ou no beneficiamento (Tabela 1).
Na teoria todo o produto da lavra deve ser aproveitado; mas isso não
ocorre por na maioria dos casos ser antieconômico a utilização dos
rejeitos, tornando o beneficiamento fundamental para a menor desperdício.
Tabela 1 – Quantidade de resíduos em milhões por tonelada, e eficiência da produção
Um dos grandes impactantes do meio ambiente é a extração de
ouro, com pequena porcentagem de aproveitamento na extração
(aproximadamente 0,00033%), a exemplo o Quadrilátero Ferrífero em
Minas Gerais a utilização e a posterior estocagem de rejeitos de arsênio
nas proximidades de riachos ou lançados nas drenagens causaram o
comprometimento do solo e da água. Há também a extração de ouro
através dos garimpos, onde a utilização de metais pesados como o
mercúrio, contamina o rio e há a abertura de clareiras na floresta para a
extração, logo podemos caracterizar a garimpagem como uma extração
predatória e pouco eficiente.
Um aspecto importante durante o beneficiamento do minério
relativo ao ambiente são os efluentes resultantes do processo de flotação,
que podem conter sulfetos, amônia e outros e quando depositados em rios
modificam e até impossibilitam a fauna e flora local.
2113
1648
745 845
150,00250
500
1000
1500
2000
2500
Milhões / t
Resíduo Produção
Fonte: Worldwatch Institute
Ferro
Cobre
Ouro
A área de depósito de rejeitos deve também ter cuidados,
como uma grande montanha de terra, ao chover a terra vai ser levada para
áreas de menor altitude que pode ser um rio, auxiliando no assoreamento
deste.
Minerações a céu aberto modificam a paisagem local do ambiente
em uma grande área (Figura 1), além da poluição sonora e a poeira
levantada na extração através de explosivos, problemas estes que são
simples e são sentidos apenas pela população local ou mesmo pelos
trabalhadores da mina. No que se refere ao ambiente pós-extração das
jazidas, a mineradora deve a priori ter um projeto que vá desde a
concepção do plano de lavra até o reflorestamento da área. Recuperando
a paisagem, fauna e flora local antes da extração.
Figura 1. Extração de diamantes no Canadá (Google Maps).
3 – Conclusão
Os assuntos abordados geram uma capacidade de compreensão maior
acerca dos conceitos de metalurgia e ciência dos materiais. O que é
importante para termos uma formação consolidada, e praticarmos o
conhecimento e sua geração, seja em uma empresa, seja como pesquisador.
É importante termos conteúdo para que possamos desenvolver corretamente a
solução de problemas referentes à nossa área de atuação. E ainda sem as
informações introdutórias seria difícil a compreensão das etapas seguintes
aplicadas no beneficiamento de minérios.
4 – Referências
ALMEIDA, João Tarcísio de. Uso e Importância dos Bens Minerais.
DNPM/BA, 2007. Material disponível em: http://www.dnpm.gov.br.
BIONDI, J.C.Depósitos de minerais metálicos de filiação magmática.
CBMM & T.A.Queiroz ed., São Paulo - Brasil, 602 p. 1986
http://www.algosobre.com.br/geografia/reservas-minerais-do-brasil.html
http://www.ambientebrasil.com.br/composer.php3?base=./educacao/index.
php3&conteudo=./glossario/j.html
IBRAM – Instituto Brasileiro de Mineração. Produção Mineral Brasileira.
Disponível em: http://www.ibram.org.br
LUZ, Adão Benvindo. Tratamentos de Minérios. Editora CETEM/CNPq,
1995.
PENNA, C.G., 2009. Efeitos da Mineração no Meio Ambiente. Disponível
em: <http://www.oeco.com.br/>
PORMIN – Portal de Apoio ao Pequeno Produtor Mineral. Beneficiamento
de Minérios. Disponível em http://www.pormin.gov.br/
RAMDOHR, Paul e STRUNZ, Hugo. Lehrbuch der Mineralogie (16.
Aufl.), Ferdinand Enke Verlag, 1978.
SCHOBBENHAUS, C. & COELHO, C.E.S. coords.. Principais Depósitos
Minerais do Brasil. Vol. 2 – Ferro e Metais da Indústria do Aço. Publicação
do Convênio DNPM/CVRD/CPRM, Brasília (DF, Brasil), 1986.
SILVA, J.P.S., 2007. Impactos ambientais causados por mineração.
REVISTA ESPAÇO DA SOPHIA - Nº 08 Ano I.
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