Download - Tese Jaime Henrique Barbosa Da Costa (1)
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JAIME HENRIQUE BARBOSA DA COSTA
MODELAGEM MATEMTICA DA OPERAO DE ESCRUBAGEM DA BAUXITA DE PARAGOMINAS PA
So Paulo 2010
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JAIME HENRIQUE BARBOSA DA COSTA
MODELAGEM MATEMTICA DA OPERAO DE ESCRUBAGEM DA BAUXITA DE PARAGOMINAS PA
Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia
So Paulo
2010
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JAIME HENRIQUE BARBOSA DA COSTA
MODELAGEM MATEMTICA DA OPERAO DE ESCRUBAGEM DA BAUXITA DE PARAGOMINAS PA
Tese apresentada Escola Politcnica da Universidade de So Paulo para obteno do ttulo de Doutor em Engenharia rea de Concentrao: Engenharia Mineral Orientador: Prof. Dr. Homero Delboni Jnior
So Paulo 2010
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FICHA CATALOGRFICA
Costa, Jaime Henrique Barbosa da
Modelagem matemtica da operao de escrubagem da bauxita de Paragominas-PA / J.H.B. da Costa. -- So Paulo, 2010.
135 p.
Tese (Doutorado) - Escola Politcnica da Universidade de So Paulo. Departamento de Engenharia de Minas e de Petrleo.
1. Processamento de minerais metlicos (Modelagem mate- mtica) 2. Bauxita Paragominas (PA) I. Universidade de So Paulo. Escola Politcnica. Departamento de Engenharia de Minas e de Petrleo II. t.
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DEDICATRIA
minha querida esposa Roseane pelo apoio, carinho, compreenso e dedicao
ao nosso filho Jlio Csar durante esse perodo de nossas vidas.
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AGRADECIMENTOS
A minha famlia pelo apoio e compreenso as minhas constantes ausncias.
Ao Prof. Dr. Homero Delboni Jnior pelo constante apoio, orientao, idias e
sugestes sempre bem-vindas e que muito contriburam, no s para elaborao
deste trabalho, como tambm para minha formao e aprimoramento profissionais.
Ao Instituto Federal de Educao, Cincia e Tecnologia do Par pelo
empenho em valorizar seus profissionais e pelo apoio durante a minha participao
no programa de ps-graduao em Engenharia Mineral da Escola Politcnica da
Universidade de So Paulo.
Aos professores Arthur Pinto Chaves e Eldon Azevedo Masini pelas
sugestes e comentrios pertinentes durante o exame de qualificao.
Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior CAPES
pela concesso da bolsa de estudos.
Ao Eng. Qumico Dr. Odair Alves de Lima pelas sugestes, comentrios e
ajuda com a utilizao do software Statistica.
Enga. de Minas Bianca Foggiatto pelas sugestes e comentrios
pertinentes.
Aos tcnicos do Laboratrio de Simulao e Controle do Departamento de
Engenharia de Minas da Escola Politcnica da USP, Rogrio, Juninho, Fernando e
Newton, pela presteza na realizao dos ensaios de escrubagem de laboratrio.
Ao Eng. Qumico Bricionor Filho, ao Sr. Antonio Odilon e a toda equipe de
colaboradores, pelo auxlio fundamental na execuo dos ensaios de escrubagem
em escala piloto;
VALE, na pessoa do Sr. Adriano Campos, pela autorizao para execuo
e acompanhamento dos ensaios de escrubagem, em escala piloto, na Mina de
Bauxita de Paragominas.
A todos aqueles que, direta ou indiretamente, tiveram a oportunidade de
compartilhar comigo alguma parte da elaborao desta Tese.
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RESUMO
O objetivo deste trabalho foi investigar, sob o enfoque da modelagem matemtica, a
operao de escrubagem da bauxita proveniente da jazida Miltnia 3, da Mina de
Bauxita de Paragominas-PA, com vistas a fornecer parmetros para previso de seu
desempenho e otimizao. Para isso, foi realizada uma campanha de experimentos
de escrubagem, em um tambor desagregador de laboratrio, baseada em
planejamento fatorial. Os parmetros operacionais avaliados foram os seguintes:
grau de enchimento, tempo de residncia da polpa e velocidade de rotao. A
varivel de resposta selecionada foi a quantidade de finos (partculas menores que
0,037 mm) no produto desagregado. O programa de experimentos permitiu a anlise
da influncia de cada varivel operacional selecionada na desagregao da bauxita.
De acordo com os resultados obtidos, o parmetro operacional que produziu o efeito
mais significativo na varivel de resposta foi o grau de enchimento. O modelo
desenvolvido foi validado atravs da comparao entre os valores obtidos em
ensaios de escrubagem em uma unidade piloto e aqueles previstos pelo modelo. Os
valores da quantidade de finos, no produto desagregado, previstos pelo modelo
apresentaram uma excelente aproximao com os dados experimentais da
operao em escala piloto.
Palavras-chave: Escrubagem. Modelagem. Bauxita. Tambor Desagregador
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ABSTRACT
The aim of this study was to investigate and model the bauxite scrubbing of bauxite
samples from Miltonia 3, a Vale operation at Par state, Brazil. The experimental
program included the design of a standard laboratory test, from which parameters
were derived for predicting the operation of a scrubber in steady state conditions.
Three main variables were selected for the laboratory experimental program using
the factorial design technique. These were load fraction, residence time and rotation
speed. The amount of fines was determined through screening both feed and product
of the scrubbing test. The former was considered as a material characteristic while
the second was the dependent variable, i.e. the result of the scrubbing process. An
empirical model was developed according to which the load fraction was found the
most important variable to the scrubbing process. Residence time was also included
in the model due to its importance in designing scrubbers for industrial plants. To
validate the model a comprehensive pilot plant program was carried out with the
same bauxite sample from Miltonia 3 deposit used in the laboratory investigations.
The comparison between experimental data and model calculated values indicated a
good agreement, as most values were within 10% deviation range.
Keywords: Scrubbing. Modeling. Bauxite. Drum scrubber.
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LISTA DE FIGURAS
Figura 1 - Log washer ou lavador de cascalho..........................................................32
Figura 2 - Equipamento Haver Hydro-Clean .............................................................33
Figura 3 - Mquina de atrio....................................................................................34
Figura 4 - Tambor desagregador rotativo ou drum scrubber .....................................36
Figura 5 - Seco longitudinal de um scrubber com trommel....................................37
Figura 6 - Instalao de escrubagem da MRN ..........................................................41
Figura 7 - Sequncia das operaes de lavra da MBP .............................................51
Figura 8 - Lavra por tiras ...........................................................................................51
Figura 9 - Fluxograma de beneficiamento da MBP ...................................................53
Figura 10 - Percurso do mineroduto da MBP ............................................................57
Figura 11 - Equipamento utilizado nos ensaios de escrubagem em escala de
laboratrio .................................................................................................................61
Figura 12 - Instalao piloto de escrubagem.............................................................65
Figura 13 - Vista do interior do scrubber ...................................................................68
Figura 14 - Coleta das amostras ...............................................................................69
Figura 15 - Desenho esquemtico do balano de massas da operao de
escrubagem...............................................................................................................70
Figura 16 - Distribuio granulomtrica mdia da alimentao dos ensaios de
laboratrio .................................................................................................................71
Figura 17 Distribuies granulomtricas mostrando o efeito do grau de enchimento
na desagregao da bauxita - condio de operao: tr 1 min e Vr 28,4% Vc..........72
Figura 18 Distribuies granulomtricas mostrando o efeito do grau de enchimento
na desagregao da bauxita - condio de operao: tr 3 min e Vr 28,4% Vc..........73
Figura 19 Distribuies granulomtricas mostrando o efeito do grau de enchimento
na desagregao da bauxita - condio de operao: tr 1 min e Vr 41,4% Vc..........74
Figura 20 - Distribuies granulomtricas mostrando o efeito do grau de enchimento
na desagregao da bauxita - condio de operao: tr 3 min e Vr 41,4% Vc..........75
Figura 21 Distribuies granulomtricas mostrando o efeito do tempo de residncia
de polpa na desagregao da bauxita - condio de operao: Ge 5% e Vr 28,4% Vc
..................................................................................................................................76
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Figura 22 Distribuies granulomtricas mostrando o efeito do tempo de residncia
de polpa na desagregao da bauxita - condio de operao: Ge 10% e Vr 28,4%
Vc ..............................................................................................................................77
Figura 23 Distribuies granulomtricas mostrando o efeito do tempo de residncia
de polpa na desagregao da bauxita - condio de operao: Ge 5% e Vr 41,4% Vc
..................................................................................................................................78
Figura 24 - Distribuies granulomtricas mostrando o efeito do tempo de residncia
de polpa na desagregao da bauxita - condio de operao: Ge 10% e Vr 41,4%
Vc ..............................................................................................................................79
Figura 25 Distribuies granulomtricas mostrando o efeito da velocidade de
rotao na desagregao da bauxita - condio de operao: Ge 5% e tr 1 min......80
Figura 26 Distribuies granulomtricas mostrando o efeito da velocidade de
rotao na desagregao da bauxita - condio de operao: Ge 5% e tr 3 min......81
Figura 27 Distribuies granulomtricas mostrando o efeito da velocidade de
rotao na desagregao da bauxita - condio de operao: Ge 10% e tr 1 min....82
Figura 28 - Distribuies granulomtricas mostrando o efeito da velocidade de
rotao na desagregao da bauxita - condio de operao: Ge 10% e tr 3 min....83
Figura 29 - Grfico cbico das respostas ..................................................................87
Figura 30 - Efeito do grau de enchimento na quantidade de finos no produto ..........88
Figura 31 Distribuio granulomtrica mdia da alimentao dos ensaios............89
Figura 32 Distribuio granulomtrica mdia da alimentao dos ensaios
determinada sem as distribuies das amostras dos ensaios 2 e 9..........................90
Figura 33 Efeito do tempo de residncia da polpa na desagregao da bauxita na
condio 1.................................................................................................................92
Figura 34 Efeito do tempo de residncia da polpa na desagregao da bauxita na
condio 2.................................................................................................................93
Figura 35 Efeito do tempo de residncia da polpa na desagregao da bauxita na
condio 3.................................................................................................................94
Figura 36 Efeito do tempo de residncia da polpa na desagregao da bauxita na
condio 4.................................................................................................................95
Figura 37 Efeito da velocidade de rotao na desagregao da bauxita na
condio 1.................................................................................................................96
Figura 38 Efeito da velocidade de rotao na desagregao da bauxita na
condio 2.................................................................................................................97
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Figura 39 Efeito da velocidade de rotao na desagregao da bauxita na
condio 3.................................................................................................................98
Figura 40 Efeito da velocidade de rotao na desagregao da bauxita na
condio 4.................................................................................................................99
Figura 41 Efeito da velocidade de rotao na desagregao da bauxita na
condio 5...............................................................................................................100
Figura 42 Ajuste do modelo aos dados experimentais com velocidade de rotao
de 28,4% Vc; ...........................................................................................................105
Figura 43 - Ajuste do modelo aos dados experimentais com velocidade de rotao
de 41,4% Vc; ...........................................................................................................105
Figura 44 - Comparao entre os valores experimentais dos finos no produto e os
valores previstos pelo modelo .................................................................................106
Figura 45 - Grfico da distribuio normal dos resduos .........................................107
Figura 46 - Resduos versus valores previstos de Finos no Produto ......................108
Figura 47 Comparao entre os valores experimentais e os previstos pelo modelo
nas condies 1 e 2 ................................................................................................115
Figura 48 Comparao entre os valores experimentais e os previstos pelo modelo
nas condies 3 e 4 ................................................................................................116
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LISTA DE TABELAS
Tabela 1 Caractersticas do cilindro utilizado nos ensaios de laboratrio ..............61
Tabela 2 Variveis operacionais e seus respectivos nveis....................................63
Tabela 3 Condies de realizao dos ensaios de escrubagem escala de
laboratrio .................................................................................................................63
Tabela 4 Caractersticas do scrubber piloto ...........................................................65
Tabela 5 Condies de realizao dos ensaios de escrubagem em escala piloto.66
Tabela 6 Matriz de planejamento ...........................................................................84
Tabela 7 Coeficientes de contraste para um fatorial 23..........................................85
Tabela 8 Resultados dos efeitos para o planejamento fatorial 23 dos ensaios de
escrubagem em laboratrio.......................................................................................86
Tabela 9 Resultados do balano de massas para os ensaios piloto ......................91
Tabela 10 Programa de ensaios complementares de escrubagem .....................102
Tabela 11 Dados experimentais utilizados na modelagem ..................................103
Tabela 12 Estimativa da constante b do modelo ...............................................104
Tabela 13 Tipos de decises para um teste de hipteses e suas probabilidades110
Tabela 14 Teste de hipteses para mdia de dados emparelhados ....................112
Tabela 15 Resultados dos valores experimentais e previstos pelo modelo .........113
Tabela 16 Resultado do teste de hiptese ...........................................................114
Tabela 17 Distribuio granulomtrica da alimentao dos ensaios em escala de
laboratrio ...............................................................................................................125
Tabela 18 Distribuio granulomtrica dos produtos dos ensaios de escrubagem
em escala de laboratrio .........................................................................................127
Tabela 19 Distribuio granulomtrica da alimentao dos ensaios em escala
piloto........................................................................................................................129
Tabela 20 Distribuio granulomtrica dos produtos oversize (OS) e undersize
(US) dos ensaios de escrubagem em escala piloto ................................................131
Tabela 21 Distribuio granulomtrica do produto desagregado nos ensaios em
escala piloto ............................................................................................................133
Tabela 22 Pontos de probabilidade da distribuio t com graus de liberdade...135
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LISTA DE ABREVIATURAS E SIGLAS
ALUNORTE ALUMNIO DO NORTE DO BRASIL S.A.
CBA COMPANHIA BRASILEIRA DE ALUMNIO
DWP DINAWHIRLPOOL
EPUSP ESCOLA POLITCNICA DA UNIVERSIDADE DE SO PAULO
FN FINOS NATURAIS
FP FINOS NO PRODUTO
JKMRC JULIUS KRUTTSCHNITT MINERAL RESEARCH CENTER
LSC LABORATRIO DE SIMULAO E CONTROLE
MBP MINA DE BAUXITA DE PARAGOMINAS
MRN MINERAO RIO DO NORTE
OS OVERSIZE
PMI DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS E PETRLEO
PPP PLANTA PILOTO DE PARAGOMINAS
ROM RUN OF MINE
SAG SEMI-AUTGENO
US UNDERSIZE
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LISTA DE SMBOLOS
mm milmetro
bar bar
m3/h metro cbico por hora
kWh quilowatt hora
t/h tonelada por hora
L/D relao de aspecto
tr tempo de residncia da polpa
Vu volume til ocupado pela polpa na cmara do scrubber
Qa vazo volumtrica da polpa de alimentao
Vc velocidade crtica
rpm rotaes por minuto
D dimetro interno
m metro
Mt milhes de toneladas
km quilmetro
polegada o C graus Celsius
Ms massa do slido
ds densidade do slido
m/h metro por hora
kt quilotonelada
p
hp horse power
P80 dimetro em que 80% do produto passante
# mesh
Vr velocidade de rotao
Cw concentrao de slidos da polpa de alimentao
min minuto
Qwa vazo mssica de slidos da alimentao
cv cavalo vapor
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L litro
g grama
Ge grau de enchimento
kg/h quilograma por hora
nvel de significncia
Qp vazo mssica de polpa da alimentao
probabilidade de ocorrncia do erro tipo II do teste de hipteses
R2 coeficiente de determinao
H0 hiptese nula
H1 hiptese alternativa
mdia populacional
d mdia das diferenas
sd desvio-padro da amostra das diferenas
n nmero de elementos da amostra
m3 metro cbico
Xt matriz transposta de X
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SUMRIO
1 INTRODUO......................................................................................18
2 OBJETIVOS..........................................................................................21 2.1 OBJETIVO GERAL ................................................................................ 21 2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS .................................................................. 21
3 REVISO DA LITERATURA ...............................................................22 3.1 A MODELAGEM MATEMTICA DE PROCESSO................................. 22
3.1.1 Modelos Tericos ou Fundamentais .....................................................23 3.1.2 Modelos Fenomenolgicos ....................................................................24 3.1.3 Modelos Empricos .................................................................................25
3.2 ELABORAO DE UM MODELO MATEMTICO DE PROCESSO..... 26 3.3 ESCRUBAGEM E LAVAGEM DE MINRIOS ....................................... 29 3.4 EQUIPAMENTOS DE ESCRUBAGEM E LAVAGEM DE MINRIOS ... 31
3.4.1 Log Washer..............................................................................................31 3.4.2 Haver Hydro-Clean ..................................................................................32 3.4.3 Mquina de Atrio .................................................................................34 3.4.4 Drum Scrubber ........................................................................................35
3.4.4.1 Caractersticas do drum scrubber.......................................................36 3.4.4.2 Concentrao de slidos da polpa......................................................37 3.4.4.3 Tempo de residncia da polpa na cmara de escrubagem................38 3.4.4.4 Volume til ocupado pela polpa..........................................................38 3.4.4.5 Vazo de polpa de alimentao..........................................................39 3.4.4.6 Velocidade de rotao do scrubber ....................................................39 3.4.4.7 Altura das aletas de revolvimento do minrio .....................................40 3.4.4.8 Usos ...................................................................................................40
3.5 MODELAGEM DA OPERAO DE ESCRUBAGEM............................41 3.6 BAUXITA ................................................................................................42
3.6.1 Introduo................................................................................................42 3.6.2 Formao e Caracterizao Mineralgica.............................................44 3.6.3 Lavra.........................................................................................................46 3.6.4 Beneficiamento Mineral ..........................................................................46 3.6.5 Reservas ..................................................................................................47 3.6.6 Produo..................................................................................................48
3.7 A MINA DE BAUXITA DE PARAGOMINAS........................................... 48 3.7.1 Lavra.........................................................................................................50 3.7.2 Descrio do Processo de Beneficiamento..........................................52
3.7.2.1 Britagem e estocagem em pilhas........................................................53 3.7.2.2 Moagem grosseira e deslamagem......................................................54 3.7.2.3 Moagem fina .......................................................................................55 3.7.2.4 Desaguamento e peneiramento final ..................................................56
3.7.3 Transporte do Produto pelo Mineroduto...............................................56
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4 MATERIAIS E MTODOS ...................................................................59 4.1 MATERIAIS ............................................................................................59
4.1.1 Amostra de Bauxita.................................................................................59
4.2 MTODOS .............................................................................................59 4.2.1 Ensaios de Escrubagem em Escala de Laboratrio ............................60
4.2.1.1 Equipamento utilizado ........................................................................60 4.2.1.2 Preparao das amostras...................................................................62 4.2.1.3 Determinao da distribuio granulomtrica da alimentao dos ensaios ...........................................................................................................62 4.2.1.4 Execuo dos ensaios........................................................................63
4.2.2 Ensaios de Escrubagem em Escala Piloto ...........................................64 4.2.2.1 Instalao piloto de escrubagem ........................................................64 4.2.2.2 Execuo dos ensaios........................................................................66 4.2.2.3 Balano de massas ............................................................................69
5 RESULTADOS E DISCUSSO ...........................................................71 5.1 ENSAIOS DE ESCRUBAGEM EM ESCALA DE LABORATORIO ........ 71
5.1.1 Distribuio Granulomtrica da Alimentao dos Ensaios.................71 5.1.2 Efeito do Grau de Enchimento na Desagregao da Bauxita .............72 5.1.3 Efeito do Tempo de Residncia da Polpa na Desagregao da Bauxita...........................................................................................................................76 5.1.4 Efeito da Velocidade de Rotao na Desagregao da Bauxita .........80 5.1.5 Influncia das Variveis Operacionais na Gerao de Finos..............84
5.2 ENSAIOS DE ESCRUBAGEM EM ESCALA PILOTO...........................88 5.2.1 Distribuio Granulomtrica da Alimentao dos Ensaios.................88 5.2.2 Balano de Massas .................................................................................90 5.2.3 Influncia das Variveis Operacionais na Desagregao da Bauxita 92
5.2.3.1 Efeito do tempo de residncia da polpa..............................................92 5.2.3.2 Efeito da velocidade de rotao..........................................................96
6 MODELAGEM DO PROCESSO ........................................................101 6.1 DEFINIO DO MODELO................................................................... 101 6.2 ESTIMAO DA CONSTANTE b......................................................102 6.3 VERIFICAO DA ADEQUAO DO MODELO................................106
7 VALIDAO E ANLISE ESTATSTICA..........................................109 7.1 TESTE DE HIPTESES ...................................................................... 109
7.1.1 Conceitos Importantes..........................................................................110 7.1.2 Comparao de Duas Mdias...............................................................110 7.1.3 Dados Emparelhados............................................................................111
7.2 TRATAMENTO ESTATSTICO DOS RESULTADOS..........................113
8 CONCLUSES...................................................................................117
REFERNCIAS .....................................................................................119
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Apndice A Distribuio Granulomtrica da Alimentao dos Ensaios de Laboratrio .......................................................................124
Apndice B Distribuio Granulomtrica dos Produtos dos Ensaios de Escrubagem em Escala de Laboratrio........................126
Apndice C Distribuio Granulomtrica da Alimentao dos Ensaios de Escrubagem em Escala Piloto .......................................128
Apndice D Distribuio Granulomtrica dos Produtos dos Ensaios de Escrubagem em Escala Piloto .......................................130
Apndice E Distribuio Granulomtrica do Produto Desagregado dos Ensaios em Escala Piloto............................................................132
Apndice F Distribuio t de Student.............................................134
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Captulo 1 Introduo 18
1 INTRODUO
Taggart (1945) define a operao unitria de escrubagem de minrios como
sendo a desagregao por meio de foras relativamente leves, se comparadas com
os esforos usuais em cominuio, porm suficientes para reduzir materiais
razoavelmente moles e inconsolidados, tais como argilas, ou para separar gros
unidos entre si por ligaes brandas geradas, por exemplo, na cimentao natural
ocorrida com certos minrios ou na precipitao de sais.
O equipamento utilizado para realizar tal processo conhecido como
scrubber. Existem diferentes equipamentos de escrubagem no mercado e o que se
utilizou neste trabalho foi o chamado drum scrubber ou tambor desagregador. Trata-
se de um cilindro, aberto nas extremidades e ligeiramente inclinado em relao
horizontal, que gira em torno de seu prprio eixo, montado sobre rolos.
No Brasil, os drum scrubbers so utilizados na desagregao e lavagem de
bauxitas em vrias usinas de beneficiamento, como por exemplo, Minerao Rio do
Norte (MRN) em Trombetas, Alcoa em Juruti, as duas localizadas no Estado do Par
e Companhia Brasileira de Alumnio (CBA) em Mira e Itamarati- MG. (ALVES; REIS,
2008), (REIS, 2008)
Prever o comportamento do minrio em instalaes de escrubagem para
dimensionamento e otimizao das mesmas uma ao que proporcionaria ganhos
reais para a indstria mineral.
Recentemente, devido alta competitividade do mercado mineral aliada
crise financeira mundial, tem havido um forte direcionamento de esforos no sentido
de melhorar o desempenho, a produtividade e a confiabilidade de usinas de
tratamento de minrios.
Um recurso poderoso que permite prever desempenho e otimizar as
operaes unitrias a modelagem de processo.
De acordo com vrios autores citados por Girolamo (1997), a modelagem, a
simulao e o controle de processos de operaes de tratamento de minrios tm
percorrido um longo caminho desde seu incio, atravs da prtica de mtodos como
o de tentativa-e-erro, predominantes at o fim do sculo XIX, passando pelo
entendimento de princpios fundamentais com Taggart, no incio dos anos 30 e 40,
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Captulo 1 Introduo 19
at o desenvolvimento de mtodos quantitativos com Austin e Gagner, Lynch, Plitt e
outros a partir dos anos 60.
Durante os anos 60 e 70 houve um considervel esforo por parte de muitos
pesquisadores no sentido de desenvolver modelos semi-empircos de vrias
operaes unitrias do tratamento de minrios. Isto contribuiu para um maior
entendimento dos princpios das operaes de processo mineral, o que, em conjunto
com novas tcnicas computacionais tornou-se possvel um rpido desenvolvimento
desta atividade. A partir de ento, tal evoluo passou do mbito acadmico,
assumindo importante funo do dia-a-dia da indstria mineral.
Os programas de simulao tornaram-se bastantes confiveis sendo hoje
amplamente utilizados por muitos operadores de usinas de tratamento, projetistas ou
engenheiros de processo na soluo de problemas tcnicos associados a projetos
de novas instalaes, otimizao de instalaes j existentes, bem como no prprio
treinamento de pessoal. Eles tm hoje grau de confiabilidade razovel, comparvel
ao dos mtodos tradicionais, como por exemplo, o de Bond, porm com uma
vantagem fundamental, qual seja, a flexibilidade oferecida para a investigao de
alternativas de circuitos/equipamentos.
A modelagem e a simulao de processos no substituem os ensaios
tradicionais de laboratrio, mas os complementa. Sua vantagem a de economizar
tempo e recursos na procura da melhor alternativa de projeto ou da otimizao de
processos existentes.
Atualmente existem e so amplamente utilizados, modelos matemticos para
operaes de britagem, moagem, classificao por ciclones, separao gravtica e
flotao, entre outros, ainda que estejam em diferentes nveis de desenvolvimento.
Isto se deve ao fato que, devido sua importncia econmica, os processos de
cominuio receberam maior ateno por parte dos pesquisadores, e, portanto,
acham-se muito melhor entendidos que os processos de concentrao.
Para a operao de escrubagem no foram encontrados na literatura
trabalhos de modelagem de tal processo, exceo do trabalho conduzido por Miller
(2004) que desenvolveu um modelo para seleo da geometria do drum scrubber e
de sua potncia. O mtodo proposto por Miller baseado em resultados de ensaios
que definem o tempo de residncia necessrio para promover o grau de
desagregao esperado.
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Captulo 1 Introduo 20
, portanto, altamente relevante e til o desenvolvimento de modelos desta
operao especfica para minrios brasileiros de bauxita visando, de forma a prever
o desempenho, a otimizao de processo e a consequente melhoria da qualidade do
produto.
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Captulo 2 Objetivos 21
2 OBJETIVOS
2.1 OBJETIVO GERAL
Investigar, sob o enfoque da modelagem matemtica, a operao de
escrubagem de bauxita, com vistas a fornecer parmetros para previso de
desempenho e otimizao da operao. Desta forma pretende-se contribuir para a
consolidao dos conhecimentos sobre escrubagem de bauxita no pas.
2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS
Analisar a influncia das variveis operacionais: grau de enchimento,
velocidade de rotao e tempo de residncia do processo de escrubagem, em
escala de laboratrio, na desagregao de uma amostra de bauxita de
Paragominas;
Verificar a gerao de finos (material com granulometria menor que 0,037
mm) durante o processo de escrubagem de bauxita;
Desenvolver um modelo matemtico emprico e ajust-lo aos resultados
obtidos nos ensaios de escrubagem da bauxita para previso da quantidade de finos
gerados;
Analisar a influncia das condies operacionais do processo de escrubagem,
em escala piloto, na desagregao de uma amostra de bauxita de Paragominas e
utilizar os resultados da gerao de finos para validar o modelo proposto;
Por fim, apresentar um texto sobre o processo de escrubagem de bauxita, de
modo a se tornar um subsdio para aqueles que querem ou necessitem entender tal
operao.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 22
3 REVISO DA LITERATURA
3.1 A MODELAGEM MATEMTICA DE PROCESSO
Segundo Girolamo (1997) a modelagem matemtica um conjunto de
tcnicas que visam obteno de um modelo. O modelo uma equao ou
conjunto de equaes que transformam um conjunto de dados de entrada em um
conjunto de dados de sada e que representam um fenmeno ou um processo. Os
modelos tambm podem ser representados como tabelas, bacos ou grficos.
As equaes de um determinado modelo visam descrio matemtica de
um fenmeno e traduzem o conhecimento atual dos mecanismos que regem este
processo e sua quantificao. sempre uma representao simplificada do
processo selecionado.
As equaes podem descrever uma unidade simples (Unit Operation Model),
como por exemplo, um moinho de bolas, ou um conjunto de unidades (Circuit
Model), como por exemplo, um circuito de moagem formado por moinhos e
classificadores ou ainda uma operao completa de beneficiamento.
Modelos empricos ou fenomenolgicos devem, geralmente, ser ajustados
para o sistema ou processo analisado. Assim, ajuste do modelo (fitting) o conjunto
de simulaes que visam calcular os valores de parmetros que resultem nas
menores diferenas entre resultados experimentais e aqueles correspondentes
obtidos pelo modelo.
Simulao o emprego destas equaes, atravs da substituio das
variveis do modelo por um conjunto de dados de entrada, visando obter predies
sobre o fenmeno ou processo que se est analisando, atravs dos resultados de
sada.
Otimizao a ao ou efeito de buscar uma condio melhor para uma
determinada operao ou processo.
A modelagem inerente Engenharia, pois a necessidade de quantificar e
posteriormente de saber o que ocorre se..., faz desta tcnica uma ferramenta
fundamental. Nappier-Munn e Lynch (1992) destacam que o exerccio de
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Captulo 3 Reviso da Literatura 23
modelagem extremamente instigante intelectualmente e uma atividade acadmica
por excelncia.
De fato, a modelagem de processo uma ferramenta poderosa, seja para o
projeto de novas instalaes, seja para otimizao e simulao, de que sem o
auxlio daquela nunca poderiam ser investigadas tal a complexidade, os custos ou
os investimentos necessrios.
medida que as interfaces grficas dos programas computacionais tornaram-
se mais atraentes, houve uma enorme tendncia dos profissionais em substituir o
trabalho exaustivo, inexato e, por vezes inseguro do laboratrio, da planta piloto e
das amostragens industriais, pelas simulaes em computadores, que fornecem,
atravs de modelos matemticos, respostas rpidas e sem maiores trabalhos alm
da entrada dos dados.
Segundo Delboni Jr.1, a modelagem matemtica deve ser empregada apenas
como um recurso para quantificar o entendimento prvio de um determinado
processo. Assim, por mais complexo que seja um modelo, este no deve substituir o
conhecimento da operao.
Ainda segundo o autor, a construo do conhecimento, em tratamento de
minrios, envolve observao, acompanhamento de ensaios e processos industriais,
domnio de conceitos e tcnicas especficas, tanto de operao de equipamentos
quanto de processos integrados.
E ele conclui dizendo: tratar resultados de modelos tecnolgicos com rigor
cientfico tpico de nefitos. J substituir o rigor cientfico por empirismo simplista
subestimar a prpria engenharia.
De acordo com Nappier-Munn e Lynch (1992) os modelos matemticos
podem ser classificados em trs classes principais:
3.1.1 Modelos Tericos ou Fundamentais
So aqueles elaborados a partir de um entendimento das leis fsicas que
interagem no processo. Assim, conceitos fundamentais de fora, energia,
1 DELBONI JR., H. (Departamento de Engenharia de Minas e Petrleo da Escola Politcnica da
Universidade de So Paulo). Comunicao pessoal, 2010.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 24
fenmenos de transporte, entre outros, so a base destes modelos. So os mais
abrangentes e poderosos e possibilitam predies em amplas faixas de valores,
assim como extrapolaes em relao aos valores para os quais foram obtidos,
alm de permitirem um grande entendimento do processo ou fenmeno que esto
descrevendo.
Um exemplo clssico de modelo terico aplicado em tratamento de minrios
a lei de Stokes para a determinao da velocidade terminal de queda de partculas
num fluido viscoso.
No entanto, em tratamento de minrios, este tipo de modelo quase no
aplicado pela complexidade dos fenmenos envolvidos e consequente dificuldade de
descrev-los, atravs de um amplo entendimento e correlaes dos mecanismos
envolvidos.
3.1.2 Modelos Fenomenolgicos
So modelos elaborados a partir de exerccios intelectuais, procurando-se o
entendimento do fenmeno ou do processo, atravs da ampla observao do
comportamento deste. Suas equaes so baseadas em princpios bsicos do
fenmeno ou do processo, mas contm parmetros que devem ser ajustados
experimentalmente a partir de observaes do evento, em escala industrial ou de
laboratrio.
Estes modelos apresentam uma imagem extremamente til do fenmeno,
embora no possibilitem um entendimento mais acurado de todos os mecanismos
envolvidos no processo que descrevem.
Para a obteno destes modelos so usados conceitos de balano
populacional e de adimensionais, que possibilitam correlaes e predies
coerentes, o que os tornam bastante poderosos.
So exemplos de modelos fenomenolgicos, os modelos dinmicos de
moagem, obtidos atravs do mtodo do balano populacional.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 25
3.1.3 Modelos Empricos
Modelos empricos so simplesmente descries de uma determinada
observao experimental, atravs de equaes matemticas. Estes modelos so
baseados na correlao matemtica entre parmetros pr-selecionados, atravs de
tcnicas de regresso. Portanto, so modelos extremamente restritos e somente
aplicveis, rigorosamente, dentro das condies experimentais estudadas. No
permitem extrapolaes fora dos seus estreitos limites.
Apesar da aparente falta de rigor cientfico desta modelagem, estes modelos
so de extrema importncia na Engenharia, pois diante das enormes complexidades
dos processos, esta tcnica permite obter equaes que possibilitem o estudo de
fenmenos que, embora no se saiba exatamente como funcionam, permitem
predizer o que ocorre se determinada varivel assumir certos valores.
As principais vantagens de modelos empricos so as seguintes:
A relativa facilidade com que podem ser obtidos. O uso de tcnicas de
regresso linear e no linear e programas computacionais poderosos,
possibilita correlacionar muitas variveis simultaneamente, eliminar as de
menor importncia e testar hipteses;
So facilmente aplicveis e, portanto permitem verificao da qualidade da
descrio e/ou predio do fenmeno ao qual estejam associados; e
Auxiliam no melhor entendimento do processo e, por conseguinte podem
levar ao desenvolvimento de modelos mais abrangentes.
Observa-se que no uma questo simples classificar os modelos, pois
existem nuanas por vezes difceis de mensurar.
Os modelos podem ser estacionrios ou dinmicos. Os modelos dinmicos
so aqueles que incorporam a varivel tempo, ou variveis dependentes do tempo,
nas suas predies. Procuram representar o que ocorre quando um parmetro
alterado ao longo do tempo e normalmente so muito mais complexos que os
estacionrios.
Os modelos estacionrios procuram responder o que ocorre quando uma
alterao de um parmetro acontece aps o processo entrar novamente em regime.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 26
A resposta instantnea e no leva em conta o que est ocorrendo ao longo do
tempo.
Pode-se considerar que os modelos estacionrios sejam casos particulares
dos modelos dinmicos, quando a derivada do tempo igual a zero.
3.2 ELABORAO DE UM MODELO MATEMTICO DE PROCESSO
De acordo com Lima (1997), por mais representativo e poderoso que seja um
modelo, ele sempre ser uma representao simplificada da realidade. O problema
comea quando este passa a espelhar no uma realidade simplificada, mas uma
caricatura desta.
Em tratamento de minrios, utilizam-se largamente os modelos empricos pela
complexidade dos fenmenos envolvidos e assim, os cuidados na obteno destes
devem ser muito grandes. Tais modelos, obtidos pela correlao de dados
experimentais, atravs de regresses, precisam ser rigorosamente descritos quanto
aos seus limites de aplicao.
O trabalho de um pesquisador que pretende desenvolver modelos comea
com um conhecimento profundo do que, e sob qual preciso, se est querendo
descrever. A introduo de muitas variveis pode ser uma prova de complexidade
de elaborao de um modelo, porm pode tambm significar que se est
introduzindo mais variveis apenas para possibilitar uma regresso com erro menor,
sem que estas tenham qualquer significado fsico para o fenmeno que se est
estudando.
Deve-se realizar uma seleo criteriosa e parcimoniosa dos parmetros a
serem empregados no modelo. nesta etapa que reside a necessidade do
pesquisador conhecer profundamente o processo, pois caso contrrio qualquer
profissional com conhecimentos razoveis de matemtica poderia se dedicar a
modelagem de processo, at mesmo com a vantagem sobre o engenheiro.
A tcnica de modelagem deve ter por base a seleo das variveis
importantes e de fato intervenientes no processo, sob o risco de se incluir variveis
pouco teis nos modelos de tratamento de minrios, apenas para tornar as
respostas mais prximas ao conjunto dos resultados obtidos nos ensaios.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 27
Outro aspecto fundamental na modelagem a qualidade dos dados usados
para a elaborao do modelo. Este , talvez, o aspecto mais importante a ser
observado. De fato, os modelos matemticos empricos desenvolvidos a partir de
extensos e cuidadosos trabalhos experimentais so de extrema valia para o
entendimento e simulao de processos.
Ocorre que trabalhos laboratoriais, alm de extenuantes, so muito caros. H,
portanto, uma tendncia a minimizar o nmero de ensaios e a implicao disto
clara, pois com uma base de dados menor, corre-se um risco muito maior de se
trabalhar com dados pouco confiveis.
Isto no significa que apenas porque se realizou um grande nmero de
ensaios, esteja garantida a qualidade destes. O planejamento dos ensaios, visando
atingir toda a faixa de utilizao a que se pretende estender o modelo,
fundamental, pois neste tipo de modelagem podem-se interpolar valores, porm
jamais extrapol-los.
comum, especialmente nas operaes unitrias de tratamento de minrios,
aparecerem problemas em que precisa-se estudar vrios parmetros de qualidade
do produto ao mesmo tempo e estes, por sua vez, so afetados por um grande
nmero de variveis operacionais. Como investigar os efeitos de todas essas
variveis sobre todos os parmetros de qualidade do produto, minimizando o
trabalho necessrio e o custo dos experimentos?
De acordo com Barros Neto et al. (2001), as pesquisas realizadas com o
objetivo de fornecer resposta a essa pergunta muitas vezes tomam vrios meses de
trabalho de pesquisadores e tcnicos, a um custo bastante alto em termos de
salrios, reagentes, anlises qumicas e testes fsicos. Usando planejamentos
experimentais baseados em princpios estatsticos, pode-se extrair do sistema em
estudo, o mximo de informao til, fazendo um nmero mnimo de experimentos.
Um recurso bastante utilizado para alcanar este objetivo a tcnica de
planejamento fatorial completo, que visa avaliao da influncia de fatores
importantes no sistema em estudo, sobre a resposta de interesse, bem como as
possveis interaes de uns fatores com os outros, fazendo-se isso com um nmero
mnimo de experimentos.
Outro aspecto fundamental o rigor com a obteno dos dados, em particular
com a amostragem. Assim, deve-se tomar extremo cuidado para evitar erros
estatsticos elementares de amostragem, como variar o tamanho de alquotas
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Captulo 3 Reviso da Literatura 28
durante a retirada de amostras, evitar desprezar alquotas e/ou amostras
representativas ou aceit-las quando no as so, evitar erros grosseiros, como troca
de etiquetas, perda de amostras e contaminaes. Alm disto, o zelo com o
manuseio, a reduo (quarteamento), a secagem e a estocagem das amostras so
condies fundamentais para o desenvolvimento do trabalho de obteno dos dados
que sero usados posteriormente nos trabalhos de modelagem.
A teoria de Gy (1982) incluiu uma descrio detalhada de tais erros, bem
como fundamentos e tcnicas para quantificao dos mesmos.
Posteriormente, a confirmao dos resultados atravs da realizao de um
conjunto de ensaios independentes complementa a etapa de obteno dos dados.
Considera-se fundamental a distribuio dos erros inerentes a qualquer
trabalho de laboratrio. Assim, rigorosamente necessrio que o balano de
massas seja fechado de forma a garantir a consistncia dos dados. Muitas tcnicas
podem ser empregadas para fazer a distribuio destes erros, porm fundamental
que os dados estejam coerentes.
Tcnicas de distribuio dos erros atravs da minimizao dos erros
quadrticos, a anlise da preciso dos pontos amostrados, atravs da repetio de
ensaios e da observao do desvio padro nestes e a distribuio ponderada dos
erros pelo inverso da varincia so tcnicas que devem ser usadas para garantir que
em qualquer ponto ou, no conjunto como um todo, os valores de entrada e sada de
fluxos estejam consistentes.
Obtido um conjunto de dados de boa qualidade, englobando toda a faixa de
valores desejados modelagem, parte-se para a elaborao de equaes que
descrevam o fenmeno. Estas so delineadas intuitivamente, atravs da elaborao
de uma funo matemtica, que possa compreender as variveis ensaiadas,
adotando-se os parmetros (expoentes ou fatores) que sero ajustados ao conjunto
de dados, atravs de regresses.
Finalmente, obtendo-se uma equao ou conjunto de equaes, deve-se
verificar a sua aplicabilidade atravs da simulao de ensaios independentes. A
assim denominada validao visa certificar-se que o modelo, ainda que restrito s
condies ensaiadas, responde dentro de uma determinada preciso, com valores
prximos aos obtidos neste conjunto de dados independentes.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 29
3.3 ESCRUBAGEM E LAVAGEM DE MINRIOS
De acordo com Taggart (1945), o processo de escrubagem efetivamente a
desagregao por meio de foras relativamente leves, se comparadas com os
esforos usuais em cominuio, porm suficientes para reduzir materiais
razoavelmente moles e inconsolidados, tais como argilas, ou para separar gros
unidos entre si por ligaes brandas, geradas, por exemplo, na cimentao natural
ocorrida com certos minrios ou na precipitao de sais.
Segundo Trajano (1966), por lavagem (washing) de minrios, entende-se a
separao de dois constituintes desses minrios que difiram distintamente em
granulometria. Na maioria das vezes, o constituinte mais fino, geralmente argila ou
material argiloso, encontra-se mais ou menos aglomerado ou aderido ao constituinte
grosseiro, que quase sempre o mineral valioso, salvo casos especiais ou quando o
beneficiamento da prpria argila. Nessas condies, a escrubagem compreende
um estgio prvio, ou simultneo lavagem, de desagregao do minrio com gua,
a fim de individualizar as micro partculas da argila, e limpar, as partculas grosseiras
do outro mineral, da argila aderida.
Ainda segundo o mesmo autor, no caso de minrios incoerentes, a exemplo
dos minrios aluvionares, cujas fases mineralgicas se apresentam individualizadas
em gros livres, a fragmentao dispensada, sendo necessria, s vezes, apenas
uma simples desagregao. Por desagregao, entende-se ser o processo de
destacamento de gros, ligados frouxamente por cimento incoerente, na maioria das
vezes argiloso, e levado a cabo, geralmente, em aparelhos onde o minrio, com um
pouco dgua, fica submetido a revolvimento ou agitao.
Cabe aqui ressaltar a diferena entre os processos de escrubagem, atrio e
cominuio empregados no tratamento de minrios. Todos so meios para se atingir
a liberao/individualizao de partculas minerais, entretanto empregam
quantidades diferentes de energia para alcanar o objetivo. Os processos de
escrubagem e atrio utilizam intensidades energticas baixa e mdia,
respectivamente, enquanto que a cominuio utiliza elevadas quantidades de
energia. Isto se deve, em funo das foras de coeso entre as partculas que se
desejam individualizar. Quanto maior a coeso entre partculas, mais energia deve
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Captulo 3 Reviso da Literatura 30
ser empregada para a individualizao. Portanto, h uma gradao crescente das
diferentes operaes em funo da energia empregada no processo.
Outra diferena importante quanto granulometria do material em que os
processos so aplicados. O processo de escrubagem geralmente aplicado para
individualizao de partculas finas aderidas na superfcie de partculas grosseiras
(mataces), enquanto que o de atrio empregado para partculas finas, com
tamanho abaixo de 10 mm.
A escrubagem normalmente realizada pela ao de atritar partculas duras
grosseiras umas nas outras. Normalmente, a operao de escrubagem antecede a
operao de lavagem propriamente dita, mas em muitos casos ambas as aes so
desenvolvidas simultaneamente.
Os mtodos e equipamentos a serem empregados dependem,
fundamentalmente, do tipo de material, do tamanho das partculas e dos resultados
pretendidos. Por exemplo, o tratamento de partculas minerais grosseiras,
contaminadas por argila, ser tanto mais difcil quanto mais plstica e impermevel
for a argila a ser desintegrada e removida. Por outro lado, o tratamento de cascalhos
contendo partculas roladas e lisas, levemente cimentadas por argilas, pode ser
realizado com relativa facilidade, por exemplo, sobre peneiras vibratrias submetidas
a fortes jatos de gua (ENGENDRAR ENGENHEIROS ASSOCIADOS, 2009).
Os termos escrubagem (scrubbing) e lavagem (washing), em sua origem
inglesa, derivam de atividades domsticas paralelas e referem-se s mesmas aes,
ou seja: molhar, esfregar, bater, agitar, enxaguar, etc., a consequente separao
dos slidos grosseiros da gua, que carrega consigo os slidos finos em suspenso
(ENGENDRAR ENGENHEIROS ASSOCIADOS, 2009).
Os procedimentos de escrubagem e lavagem so os correspondentes s
operaes de fragmentao e concentrao, quando aplicado ao tratamento de
minrios residuais. Tais minrios, normalmente aluvies ou eluvies, contendo
metais preciosos ou de elevado valor comercial, podem apresentar diferentes graus
de consolidao, mas devem possuir como caracterstica comum, o fato de que o
material de interesse apresente condies de dureza e granulometria bem diferentes
daquelas do conjunto do material bruto (run of mine). O tamanho da partcula
quase sempre a propriedade fsica na qual se baseia a separao, sendo a gua o
meio usual de separao (ENGENDRAR ENGENHEIROS ASSOCIADOS, 2009).
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Captulo 3 Reviso da Literatura 31
3.4 EQUIPAMENTOS DE ESCRUBAGEM E LAVAGEM DE MINRIOS
Segundo Varela (2009), a principal justificativa para utilizao de
equipamentos de escrubagem e lavagem, em plantas de processamento de
materiais, a remoo de partculas finas. Estas partculas, normalmente, so
consideradas uma frao indesejvel, diminuindo o valor agregado do produto final,
e encontram-se aderidas s partculas minerais de maior tamanho, sendo
imprescindvel a sua retirada do processo. Muitas vezes, esta contaminao por
finos, encontra-se na forma de aglomerados que necessitam ser quebrados,
dissolvidos e, por fim, separados da frao grossa. A seguir, encontra-se uma
descrio de alguns equipamentos utilizados para tal fim.
3.4.1 Log Washer
O equipamento, denominado log washer, tem eixos dotados de ps, que se
revolvem dentro de um tanque, movimentando as partculas suspensas na polpa,
fazendo com que elas choquem-se, umas as outras, com grande energia.
Alm de lavar e desagregar, este equipamento realiza uma primeira etapa de
deslamagem, eliminando parte dos finos pelo overflow.
O log washer ou lavador de cascalho (Figura 1) tem como funo lavar os
gros sos do minrio, realizando a limpeza de suas superfcies, removendo as
argilas e outros finos presentes; muitas vezes, tambm, sua operao desfaz os
gros de minerais inconsolidados e/ou os torres de argila presentes. O
equipamento opera desagregando, desintegrando e carreando estes contaminantes,
atravs da aplicao de uma forte atrio entre as partculas minerais, gerada do
movimento entre as palhetas presas a dois eixos no interior de um tanque. Estes
eixos so acionados por motores eltricos. O minrio, a ser beneficiado,
alimentado no fundo do tanque e transportado para cima, atravs do movimento das
palhetas. Com o choque intenso entre partculas, o material contaminante
desintegrado ou disperso em gua e carreado para fora pelo overflow do tanque. O
produto limpo ento descarregado pelo underflow (WHITAKER, 2001).
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Captulo 3 Reviso da Literatura 32
Figura 1 - Log washer ou lavador de cascalho
Fonte: Metso Minerals (2005a)
De acordo com Varela (2009), deve-se tomar cuidado com implicaes
relacionadas ao elevado desgaste na parte mvel deste tipo de equipamento, devido
ao processamento de materiais abrasivos. Existem situaes em que os fabricantes
de equipamentos utilizam materiais especiais de elevada resistncia abraso,
como por exemplo, aos com ligas de nquel. Em outros casos, as palhetas so
projetadas para permitir uma maior vida til, atravs da sua inverso (utilizao dos
dois lados externos).
3.4.2 Haver Hydro-Clean
Segundo Varela (2009), a tecnologia de lavagem, sob alta presso,
desenvolvida na Alemanha, j vem sendo utilizada desde o ano de 1998. O
equipamento Hydro-Clean foi desenvolvido para o processamento mineral e a
reciclagem de materiais. O primeiro equipamento Hydro-Clean foi aplicado para a
lavagem de agregados para a construo civil. Aplicaes desta tcnica incluem o
processamento de minrios (diamante, ouro, calcrio e gesso). Outros materiais, que
tambm esto sendo avaliados (projetos em fase de desenvolvimento), so: minrio
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Captulo 3 Reviso da Literatura 33
de ferro, de nquel, bauxita, caulim, fosfato, carvo, esmeralda, assim como
aplicaes para a reciclagem de materiais.
O equipamento foi desenvolvido utilizando-se o princpio de lavagem por alta
presso. Ele pode ser utilizado para limpeza de materiais contaminados com um
tamanho entre 0 - 150 mm. A presso utilizada no equipamento pode chegar a 200
bar. Os consumos de gua e energia, que devero ser pr-determinados
dependendo da necessidade do processo, variam entre 6 42 m3/h e 10 265 kWh,
respectivamente. Desta forma, a fora hidrulica e o tempo de residncia so
parmetros decisivos para a operao estvel e contnua do Hydro-Clean. A taxa de
produo, por mquina, pode chegar a 400 t/h.
A parte central do equipamento consiste em uma cmara de lavagem vertical,
revestida em suas laterais com telas de poliuretano. No topo desta cmara encontra-
se um rotor de lavagem, no qual so montados bicos de sprays. A alimentao da
cmara realizada, atravs de uma comporta, conforme Figura 2.
Figura 2 - Equipamento Haver Hydro-Clean
Fonte: www.haverbrasil.com.br
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Captulo 3 Reviso da Literatura 34
O material lavado e desagregado, ao ser exposto a jatos de gua de alta
presso. O fluxo de gua injetado de cima para baixo, devido posio dos bicos
de spray, localizados no rotor de lavagem. Outro efeito, resultante da rotao do
rotor de lavagem, a centrifugao do material. A fora hidrulica, transferida ao
material, resulta em foras de atrito e impacto entre as partculas que compem a
amostra. Do ponto de vista do processo, a cmara de lavagem do equipamento
pode ser dividida em duas zonas, na regio superior a turbulenta, onde o material
lavado, e na regio inferior o material apenas transferido e desaguado.
3.4.3 Mquina de Atrio
A mquina de atrio um equipamento simples, porm altamente eficiente,
para atritar partculas, com lamas em polpas, entre 50 e 80 % de concentrao de
slidos. Duas hlices opostas, tipo propulsoras, em cada eixo, criam uma ao de
mistura intensa, forando as partculas individuais, umas contra as outras,
resultando em atrio, limpeza de superfcie e desintegrao de aglomerados, como
mostrado na Figura 3.
Figura 3 - Mquina de atrio
Fonte: www.aeromecanicadarma.com.br
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Captulo 3 Reviso da Literatura 35
A eficincia, normalmente, melhora com o aumento da concentrao de
slidos da polpa, uma vez que o contato entre partculas aumenta. Uma abertura,
em cada segmento das clulas, permite o fluxo da polpa na mquina.
normalmente fornecida com duas, quatro ou seis clulas. Este equipamento usado
principalmente para lavagem de material, com tamanho abaixo de 10 mm.
aplicado para remoo de manchas de ferro das partculas de areia, desintegrao
de aglomerados de argila na areia, delaminao de minrios, como caulim e grafita.
Utilizam-se, possivelmente, altos recursos de energia para lavagem de areia de
slica para manufatura de vidro e limpeza de areia de fundio. A mquina tambm
utilizada para misturar areia e para hidratao de cal. (METSO MINERALS, 2005b)
3.4.4 Drum Scrubber
De acordo com vrios autores (KELLY; SPOTTISWOOD, 1982; METSO
MINERALS, 2005a; ENGENDRAR ENGENHEIROS ASSOCIADOS, 2009), drum
scrubber, tambm chamado de tambor desagregador, lavador rotativo, lavador de
tambor, drum washer, scrubber-trommel, a mquina destinada desagregao e
separao de rejeitos (argilas) do material aproveitvel (Figura 4). recomendvel
para materiais misturados com argila solvel e para grossos em geral. O material
entra em um cilindro giratrio, onde misturado com gua. Em toda superfcie
interna do cilindro esto distribudas as aletas, cuja funo atritar e levantar o
material, ao mesmo tempo em que, tambm, o impulsiona para a tela, onde
desaguado (METSO MINERALS, 2005a).
Em alguns textos pesquisados, principalmente em catlogos de fabricantes, o
termo scrubber aparece de forma genrica, designando qualquer equipamento que
realize o processo de desagregao de partculas, entretanto, neste texto ser
utilizado para designar o equipamento denominado drum scrubber.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 36
Figura 4 - Tambor desagregador rotativo ou drum scrubber
Fonte: Engendrar Engenheiros Associados (2009)
3.4.4.1 Caractersticas do drum scrubber
As principais caractersticas do scrubber so as dimenses do cilindro
(dimetro e comprimento) e a potncia instalada, que funo de suas dimenses e
variveis operacionais. As variveis operacionais so o volume til, geralmente
expresso em porcentagem do volume da cmara de escrubagem, a velocidade de
rotao, tempo de residncia da polpa, altura das aletas de revolvimento, alm da
concentrao de slidos da polpa alimentada.
De acordo com Miller (2004), os scrubbers so classificados pela relao de
aspecto (relao entre comprimento e dimetro L/D). Existe uma faixa de relao
de aspecto normalmente utilizada, entre 1,5:1 a 2,5:1, mas esta relao geralmente
mantida na regio de 2:1.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 37
O acionamento, normalmente, feito por conjunto motor-redutor-eixo pinho/
coroa, sendo o apoio feito em rolos cilndricos, que deslizam sobre pista de ao.
Para sustentao da parte de descarga, usa-se um simples mancal ou dependendo
do comprimento do lavador, de uma segunda pista de ao, sustentada por rolos
cilndricos. Na descarga, normalmente, usa-se um trommel (Figura 5) para
separao por tamanho (W&W3D, 2008).
Figura 5 - Seco longitudinal de um scrubber com trommel
3.4.4.2 Concentrao de slidos da polpa
A concentrao de slidos da polpa (Cw), ou seja, a relao entre a massa de
slidos e a massa de polpa, uma importante varivel no processo de escrubagem.
Assim como na moagem, a quantidade de gua adicionada, junto ao minrio, no
processo de escrubagem, afeta no s a velocidade com que as partculas passam
por dentro do scrubber, mas tambm a viscosidade e a densidade da polpa e, em
consequncia, a ao mecnica da desagregao entre as partculas. Polpas
excessivamente diludas diminuem o tempo de residncia de partculas na cmara
do scrubber e, consequentemente, reduzem a probabilidade das partculas serem
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Captulo 3 Reviso da Literatura 38
desagregadas. O inverso, polpa excessivamente adensada, acaba por apresentar
uma viscosidade alta, prejudicando o movimento relativo das partculas, chegando a
impedir o rolamento da carga. Por isso, uma concentrao de slidos adequada de
fundamental importncia para uma escrubagem eficiente;
3.4.4.3 Tempo de residncia da polpa na cmara de escrubagem
o tempo que, determinado volume de polpa, leva para sair do equipamento.
determinado atravs da equao 3.1:
QaVutr (3.1)
Onde:
tr o Tempo de residncia da polpa;
Vu o Volume til ocupado pela polpa na cmara do scrubber;
Qa a Vazo volumtrica da polpa de alimentao.
3.4.4.4 Volume til ocupado pela polpa
determinado atravs do grau de enchimento (Ge) desejado no processo. O
grau de enchimento definido como sendo uma porcentagem do volume interno do
cilindro do scrubber. Para delimitar o volume til, fundamental para o clculo do
tempo de residncia, usa-se um anel interno de ao, na extremidade de sada do
equipamento, com altura ajustvel s necessidades de processo.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 39
3.4.4.5 Vazo de polpa de alimentao
Influencia diretamente o tempo de residncia da polpa, ou seja, quanto maior
a vazo de polpa de alimentao, menor o tempo de residncia e
consequentemente, a eficincia de lavagem;
3.4.4.6 Velocidade de rotao do scrubber
Assim como acontece em moinhos, a velocidade de rotao (Vr) dos
scrubbers geralmente referida como uma porcentagem da velocidade crtica.
A velocidade crtica definida pelo dimetro interno do scrubber, de acordo
com a equao 3.2:
D,Vc 342 (3.2)
Onde:
Vc a velocidade crtica (rpm);
D o dimetro interno (m).
As faixas de velocidade de rotao so caracterizadas pela ao dinmica da
carga que requerida. A velocidade de rotao de scrubbers geralmente muito
menor, se comparada com as de moinhos, uma vez que a atrio/abraso o
mecanismo normal de escrubagem. Para se ter uma idia, moinhos operam na faixa
de 70% a 75% da velocidade crtica, enquanto que scrubbers tendem a trabalhar na
faixa de 30% a 65% (MILLER, 2004).
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Captulo 3 Reviso da Literatura 40
3.4.4.7 Altura das aletas de revolvimento do minrio
O perfil do revestimento interno afeta fortemente a trajetria das partculas. As
aletas servem para elevar as partculas e, portanto, adquirem uma maior energia
potencial. Internamente, o scrubber revestido de ao ou placas de borracha, com
aletas levantadoras (lifters) com at 200 mm de altura, em ao, ou de borracha (em
torno de 100 150 mm). H uma tendncia de padronizao para o uso de borracha
no revestimento e barras levantadoras, devido menor gerao de rudo, maior vida
til e manuteno mais simples (W&W3D, 2008).
3.4.4.8 Usos
No Brasil, os scrubbers so utilizados na desagregao e lavagem de bauxita
em vrias usinas de beneficiamento, como por exemplo, MRN em Trombetas (Figura
6), Alcoa em Juruti, as duas localizadas no Estado do Par e CBA em Mirai - MG
(ALVES; REIS, 2008), (REIS, 2008).
Segundo Chaves et al. (2007), a escrubagem realizada em bauxitas para
remoo da argila, aderida s partculas de gibbsita. Uma rotina clssica faz-la
numa polpa, com cerca de 50% de concentrao de slidos, por perodos no mais
que 3 minutos.
So equipamentos constantemente utilizados em plantas de concentrao de
ouro e cassiterita, em dragas e tambm na desagregao de bolas de argila com o
intuito de liberar o minrio (ENGENDRAR ENGENHEIROS ASSOCIADOS, 2009).
O scrubber pode ter anexado a ele um trommel, como mostra a Figura 6,
onde as partculas grosseiras sero separadas no oversize e as finas, no undersize.
O movimento de rotao do equipamento impede o entupimento dos orifcios
utilizados no peneiramento. Para Chaves et al. (2007), esta no uma boa soluo
para bauxita, pois a velocidade de rotao adequada, para uma boa operao de
escrubagem, no a mesma, para uma boa operao de peneiramento. Chaves et
al. (2007) acreditam que separar as operaes unitrias de escrubagem e
peneiramento e realiz-las em scrubbers e peneiras vibratrias a melhor escolha.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 41
Figura 6 - Instalao de escrubagem da MRN
3.5 MODELAGEM DA OPERAO DE ESCRUBAGEM
Segundo Napier-Munn (2003) e Valery (2003) apud Miller (2004), o projeto e
seleo de scrubbers , na melhor das hipteses, uma cincia inexata, com poucos
dados publicados sobre critrios de seleo ou de procedimentos de clculos. At
hoje, a maioria dos scrubbers foi selecionada, baseada num critrio simples, como
por exemplo, o tempo de residncia da polpa, e no por critrios mais rigorosos, tais
como, o tempo de residncia dos slidos ou o grau de desagregao. Alguns
modelos tm sido desenvolvidos por organizaes de pesquisa, como o Julius
Kruttschnitt Mineral Research Center (JKMRC), que considera a questo do grau de
desagregao. Tais modelos ainda no foram liberados para domnio pblico.
O modelo descrito no artigo de Miller (2004) considera a seleo da geometria
do scrubber e de sua potncia. Ele baseado em resultados de ensaios de trabalho
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Captulo 3 Reviso da Literatura 42
que definem o tempo de residncia necessrio para promover o grau de
desagregao esperado. Na maioria dos casos, estes resultados so de ensaios de
bancada ou de ensaios contnuos em escala piloto. Em ambos os casos, assumido
que o tempo de residncia dos slidos o parmetro importante. Ele obtido
diretamente do ensaio de bancada ou por clculos a partir do modelo para um
ensaio contnuo. Em qualquer caso, o scrubber de fluxo contnuo precisa ser
selecionado, para atingir o tempo de residncia de slidos necessrio.
3.6 BAUXITA
3.6.1 Introduo
Segundo Valeton (1972), o termo bauxita foi introduzido por Berthier e origina-
se de Les Baux, localidade do sul da Frana, cujas proximidades foi descoberta a
primeira jazida em 1821.
A bauxita o minrio industrial mais importante para a obteno do alumnio
metlico e de muitos compostos de alumnio. O alumnio pode ser considerado um
elemento bastante popular, pois est presente em quase todas as esferas da
atividade humana. As inmeras aplicaes em diversos setores das indstrias
(transportes: automveis, aeronaves, trens, navios; construo civil: portas, janelas,
fachadas; eletro-eletrnico: equipamentos eltricos, componentes eletrnicos e de
transmisso de energia; petroqumica; metalurgia e outros) e a frequente presena
no nosso dia-a-dia (mveis, eletrodomsticos, brinquedos, utenslios de cozinha,
embalagens de alimentos, latas de refrigerante, produtos de higiene, cosmticos e
produtos farmacuticos) ilustram bem a sua importncia econmica no mundo
contemporneo. A prpria reciclagem de embalagens de alumnio, setor no qual o
Brasil se destaca, tem papel relevante do ponto de vista econmico, social e
ambiental (CONSTANTINO et al., 2002).
Embora atualmente a forma mais conhecida do alumnio seja a metlica, o
metal j foi considerado to raro e precioso antes das descobertas de Charles Martin
Hall e Paul-Louis Toussaint Hroult (1888), que chegou a ser exibido ao lado de
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Captulo 3 Reviso da Literatura 43
jias da coroa e utilizado em lugar do ouro em jantares da nobreza no sculo XIX.
Os compostos de alumnio, por outro lado, servem a humanidade h mais de 4000
anos. Diversos compostos de ons Al+3 apresentam relevncia industrial no mundo
atual, como por exemplo: Al(OH)3, Al2O3, Na[Al(OH)4], Al2(SO4)3 e haletos de
alumnio, dos quais os dois primeiros, usados para a produo do metal, so os de
maior importncia econmica. Dentre as principais aplicaes dos compostos de
alumnio, destacam-se o tratamento para obteno de gua potvel, o tingimento de
tecidos, a manufatura de produtos de higiene, medicamentos, refratrios e
catalisadores (EVANS, 1995).
O alumnio no ocorre na forma elementar na natureza. Devido alta
afinidade pelo oxignio, ele encontrado como on Al3+ , na forma combinada, em
rochas e minerais. Embora constitua apenas cerca de 1% da massa da Terra, o
primeiro metal e o terceiro elemento qumico (O= 45,5%; Si= 25,7%; Al= 8,3%; Fe=
6,2%; Ca= 4,6%; outros= 9,7% em massa) mais abundante da crosta, ou seja, da
superfcie que pode ser economicamente explorada pelo homem. O alumnio
encontrado em rochas gneas, como os feldspatos (aluminossilicatos
tridimensionais) e as micas (silicatos lamelares); em minerais como a criolita
(Na[AlF6]), o espinlio (MgAl2O4), a granada ([Ca3Al2(SiO4)3]) e o berilo
(Be3Al2[Si6O18]); e no corndon (Al2O3) que o mineral que apresenta o maior teor de
Al (52,9%) (GREENWOOD, 1997).
Os processos que permitiram a produo do metal em escala industrial (o
processo BAYER para produo de alumina, em 1888, e o de HALL-HEROULT da
metalurgia do alumnio, em 1886) surgiram quase no final do sculo XIX. As
primeiras fundies industriais de alumnio, baseadas no processo de eletrlise
gnea, iniciaram produo entre 1888 e 1889, em Pittsburgh (Inglaterra) e
Nenhausen, na Sua (MACHADO, 1962; MACHADO, 1985; VALETON, 1972).
importante enfatizar que, na segunda metade do sculo XIX, quase toda a
bauxita era produzida na Frana e empregada, basicamente, para fins no
metalrgicos. Naquela poca, a produo de alumina destinava-se principalmente
ao uso como mordente na indstria txtil. No entanto, com o desenvolvimento do
processo HALL-HEROULT (1886), a alumina disponvel foi, de modo crescente,
usada na produo de alumnio metlico. Mesmo assim, foi desenvolvido um grupo
de aplicaes para a bauxita no metalrgica, no qual, incluem-se: abrasivos,
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Captulo 3 Reviso da Literatura 44
refratrios, produtos qumicos, cimentos de alta alumina, etc. (SAMPAIO;
ANDRADE; DUTRA, 2005).
A bauxita s passou a representar papel econmico de destaque, no mbito
da economia mundial, a partir do trmino da Primeira Grande Guerra Mundial.
Apenas em 1917, a produo mundial de bauxita atingiu 1 milho de toneladas, com
o surgimento de novos produtores, como ustria, Hungria, Alemanha e Guiana
Britnica.
As primeiras ocorrncias brasileiras de bauxita, grau metalrgico, foram
detectadas entre os anos de 1916 e 1917, nas proximidades das cidades de Mariana
e Belo Horizonte, Estado de Minas Gerais (MACHADO, 1985).
3.6.2 Formao e Caracterizao Mineralgica
A bauxita se forma em regies tropicais e subtropicais, por ao do
intemperismo sobre aluminossilicatos, caracterizados por taxas de precipitao
pluviomtricas excepcionalmente elevadas. Apesar de ser frequentemente descrita
como o minrio de alumnio, a bauxita no uma espcie mineral propriamente dita,
mas um material heterogneo, formado de uma mistura de hidrxidos de alumnio
hidratados contendo impurezas. Os principais constituintes deste material so a
gibbsita e os polimorfos boehmita, e disporo, sendo que as propores das trs
formas variam dependendo da localizao geogrfica do minrio. As bauxitas mais
ricas em boehmita so encontradas em depsitos europeus (Frana e Grcia)
enquanto que, aquelas ricas em disporo, na China, Hungria e Romnia. As
bauxitas, geologicamente mais novas, possuem alto contedo de gibbsita, ocorrem
em grandes depsitos, em reas de clima tropical, como Jamaica, Brasil, Austrlia,
Guin, Guiana, Suriname e ndia (KIRK, 1992; ULLMANN, 1998).
A gibbsita, a boehmita e o disporo constituem o grupo de minerais de onde
se pode extrair a alumina, sob a forma mono ou tri-hidratada. A alumina possvel de
ser extrada, sob as condies do processo Bayer de baixa ou alta temperatura,
constitui a denominada alumina aproveitvel.
A gibbsita tem a menor densidade, a mais solvel nas solues de soda
custica, para determinadas condies de concentrao, temperatura e presso de
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Captulo 3 Reviso da Literatura 45
digesto, e a mais macia dos trs minerais de alumnio. A boehmita relativamente
menos solvel que a gibbsita nessas solues e intermediria entre os trs, em
termos de dureza e densidade. O disporo o mais duro, denso e menos solvel
nas solues custicas, dentre os trs minerais (PATTERSON, 1984).
As impurezas presentes na bauxita so xidos de ferro (hematita, magnetita,
goethita, entre outros), slica, xido de titnio e aluminossilicatos, em quantidades
que variam com a regio de origem, causando alteraes no aspecto fsico do
minrio, que podem variar de um slido marron-escuro ferruginoso at um slido de
cor creme, duro e cristalino. (KIRK, 1992). A cor e a composio do slido podem
variar dentro de um mesmo depsito de bauxita. A composio tpica da bauxita de
uso industrial : 40-60% de Al2O3; 12-30% de H2O combinada; 1-15% de SiO2 livre e
combinada; 1-30% de Fe2O3; 3-4% de TiO2; 0,05-0,2% de outros elementos e xidos
(GREENWOOD, 1997).
A slica, sob a forma de quartzo, tem comportamento inerte no processo
Bayer para produo de alumina. Entretanto, a slica que integra a estrutura dos
minerais de argila, denominada slica reativa, reage com a soda custica durante a
digesto da bauxita, formando compostos insolveis, e o consumo desse insumo
aumenta, em escala geomtrica, medida que cresce o teor dessa impureza no
minrio. Portanto, teores elevados de slica reativa inviabilizam a utilizao
econmica da bauxita, como matria-prima, para produo de alumnio (FLORES;
DAMASCENO, 1998).
Os xidos de ferro normalmente esto presentes na composio qumica das
bauxitas sob a forma de hematita, goethita ou, ainda, uma mistura desses xidos.
Os xidos de ferro, juntamente com outras impurezas, vo constituir as
denominadas lamas vermelhas do processo Bayer para produo de alumina.
Os xidos de titnio comumente presentes so o anatsio e o rutilo. O rutilo
no reage durante o processo de digesto da bauxita, independente dessa digesto
ocorrer baixa ou alta temperatura. O anatsio, entretanto, reativo nos processos
ditos de alta temperatura, tendendo a inibir a precipitao da boehmita (FLORES;
DAMASCENO, 1998).
Alm dos minerais acima descritos, uma considervel variedade de elementos
qumicos e minerais podem estar presentes, em propores consideradas
pequenas, como clcio, magnsio, fsforo, mangans, vandio e glio. Compostos
orgnicos normalmente ocorrem associados ao horizonte constitudo por solos, onde
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Captulo 3 Reviso da Literatura 46
o desenvolvimento da vegetao frequentemente estimulado pelas altas taxas de
precipitao pluviomtrica, necessrias consumao do processo de bauxitizao
(ANDREWS, 1984).
A caracterizao do mineral ou minerais de alumnio presentes nas bauxitas,
assim como das impurezas, de fundamental importncia na fixao e controle dos
parmetros extrativos, para a produo de alumina, com emprego do processo
Bayer. A eficincia da extrao da alumina consequncia direta da composio
mineralgica, assim como, da temperatura e presso de digesto do minrio modo
nas solues de soda custica.
A concentrao e natureza desses minerais iro conferir caractersticas
importantes s bauxitas, que sero definidoras do seu emprego como matria-prima
para fabricao de outros produtos, como refratrios, abrasivos, produtos qumicos e
outros (ANDREWS, 1984; HILL; OSTOJIC, 1984).
3.6.3 Lavra
Os mtodos de lavra dos minrios de bauxita variam de acordo com a
natureza dos corpos mineralizados das jazidas. A lavra desses minrios feita, na
maior parte, a cu aberto, segundo o mtodo por tiras (strip mining). Estima-se que o
maior nmero das jazidas de bauxita latertica seja lavrada por mtodo a cu aberto
(RHRLICH et al., 2001). Menos de 20% da produo de bauxita no mundo
diversificado, dispondo-se desde a lavra manual at os mtodos modernos com
diversos tipos de equipamentos de minerao.
3.6.4 Beneficiamento Mineral
De acordo com Chaves et al. (2007), usinas de beneficiamento de bauxita s
existem no Brasil. Nos outros pases produtores, normal explotar o minrio mais
rico e aliment-lo direto na refinaria. Dependendo da relao slica / alumina
aproveitvel, minrios mais pobres podem ser alimentados em refinarias
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Captulo 3 Reviso da Literatura 47
especialmente concebidas para eles. No Brasil, existe uma tradio e cultura no
beneficiamento de bauxita:
A Minerao Rio do Norte (MRN), em Oriximin - PA, processa bauxita atravs da
escrubagem, peneiramento, deslamagem em um complexo circuito de ciclones e
filtragem em filtros a vcuo;
A Minerao Santa Lucrcia, em Monte Dourado - PA, possui um circuito que
beneficia bauxita grau cermico, atravs da separao em meio denso com o
dinawhirlpool (DWP);
A Companhia Brasileira de Alumnio (CBA), em Poos de Caldas - MG, utiliza
escrubagem, catao tica e a deslamagem em ciclones;
A CBA, em Itamarati de Minas - MG, desagrega, peneira, deslama, e utiliza um
circuito de concentrao gravtica para recuperar os finos de bauxita;
A Minerao Rio Pomba, em Mercs - MG, utiliza jigues para separar a slica
grosseira;
A VALE iniciou um novo projeto em Paragominas - PA, utilizando moagem semi-
autgena, deslamagem em ciclones e transporte da polpa por mineroduto.
3.6.5 Reservas
As principais reservas de bauxita so encontradas na frica (33%), Oceania
(24%), Amrica do Sul e Caribe (22%), sia (15%) e outros (6%), sendo que as trs
maiores localizam-se na Guin (1 ), na Austrlia (2 ) e no Vietnam (3 ). Estima-se
que a reserva total deva ser suficiente para a demanda de alumnio no sculo XXI
(BRAY, 2009).
Em 2007, o Brasil detinha 3,5 bilhes de toneladas das reservas mundiais de
bauxita (ou seja, 11% do total), das quais 97% encontravam-se no Par
(MRTIRES; SANTANA, 2008).
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Captulo 3 Reviso da Literatura 48
3.6.6 Produo
De acordo com Mrtires (2008) a produo mundial de bauxita em 2007 foi
8,4% superior de 2006, passando de 178 milhes de toneladas (Mt) em 2006 para
194 Mt em 2007, num cenrio em que o Brasil voltou a ocupar o 3 lugar entre os
principais produtores respondendo por 12,7%, sendo ultrapassado pela China que
respondeu por 16,5% a qual teve sua produo elevada em 52% no perodo. A
Austrlia o maior produtor respondendo por 33% da produo mundial.
Segundo o mesmo autor, com a entrada em operao da Mina da VALE em
Paragominas, no Estado do Par, em 2007 (1,85 Mt), a produo de bauxita cresceu
8,6% atingindo o recorde de 24,7 Mt, apresentando uma nova distribuio na
produo de bauxita metalrgica por empresa: Minerao Rio do Norte (MRN)
(73%), Companhia Brasileira de Alumnio (CBA) (11,5%), VALE (7,5%), Alcoa (4,9%)
e Novelis (1,9%).
3.7 A MINA DE BAUXITA DE PARAGOMINAS
A Mina de Bauxita de Paragominas (MBP), pertencente VALE, est
localizada a 64 km do centro urbano da cidade de Paragominas, no nordeste
do estado do Par, e a 350 km da capital Belm. Descoberta por exploradores
da Mineradora Rio Tinto na dcada de 1970, este projeto est diretamente
ligado aos programas de expanso da refinaria de alumina Alumnio do Norte
do Brasil S.A. (ALUNORTE), localizada no municpio de Barcarena, regio
metropolitana de Belm.
O empreendimento foi idealizado para operar em trs fases. A fase I
entrou em operao no primeiro trimestre de 2007 e possui capacidade
nominal de produzir 4,95 Mt/ano de bauxita. Para a fase II, que entrou em
operao no segundo trimestre de 2008, est previsto um acrscimo na
produo de 4,95 Mt/ano de bauxita. J a fase III ser integrada nova
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Captulo 3 Reviso da Literatura 49
refinaria de alumina a ser implantada nas proximidades da ALUNORTE, em
Barcarena, em parceria da VALE com a empresa norueguesa Norsk Hydro. A
fase III produzir mais 4,95 Mt/ano de bauxita, quando estar totalmente
concluda.
A bauxita de Paragominas possui teores mdios de 50% de alumina
aproveitvel, 4% de slica reativa, granulometria abaixo de 6,5 e umidade de
12% a 13% (VALE, 2009).
Em Paragominas, a bauxita ocorre em plats (terrenos elevados e
planos). Alguns, como o chamado Miltnia, a cerca de 60 km da cidade, tm
uma camada de bauxita, em torno de 2 m de espessura, coberta com uma
camada estril, principalmente de argila, que tem, em mdia, 11 m sobre o
plat (VALE, 2008).
Um perfil tpico do depsito Miltnia compreende as seguintes camadas
a partir do topo: solo orgnico e argila, bauxita nodular, laterita ferruginosa,
bauxita cristalizada minrio principal, bauxita amorfa e argila mosqueada
(MENDES et al., 2008).
O transporte da polpa de bauxita pelo mineroduto requer que as
operaes de cominuio e formao da polpa sejam muito bem controladas.
De acordo com Mendes et al. (2008), as especificaes da bauxita para
alimentar a refinaria da ALUNORTE so as seguintes:
Bauxita gibbstica;
Teor de alumina aproveitvel > 48%;
Teor de slica reativa < 3%;
Teor insignificante de contaminantes qumicos;
Extrao de 100% da alumina aproveitvel;
Dessilicificao em aproximadamente 60 minutos a 145 155 o C;
Taxa de sedimentao da lama vermelha maior que 8 m/h;
Compactao da lama maior que 35% slidos.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 50
A produo de bauxita em Paragominas compreende trs atividades: a
lavra, o beneficiamento e o transporte do produto pelo mineroduto para a
refinaria de alumina, as quais sero descritas a seguir.
3.7.1 Lavra
A mineralizao de bauxita em Paragominas ocorre em camadas
horizontais, associadas a plats (planaltos), e por este motivo foi adotado o
mtodo de lavra por tiras (strip minning). A rea atualmente lavrada e tambm
onde se encontra a planta industrial o plat Miltnia 3, cujos recursos
medidos e indicados so da ordem de 98 milhes de toneladas, o que
representa uma vida til estimada de 20 anos. O plat Miltnia 5, localizado a
8 km do anterior, abastecer a fase III.
A cada ano ser lavrada uma rea de aproximadamente 210 hectares,
com operao inteiramente mecnica, sem o uso de explosivos, que se
completa em quatro etapas de acordo com as Figura 7 e 8: (VALE, 2008)
Preparao e limpeza da rea, incluindo, onde necessrio, a retirada da
cobertura vegetal. O solo vegetal estocado para, depois, ser utilizado
na recomposio da rea lavrada;
Abertura da mina, com remoo da camada argilosa que cobre a
bauxita;
Escavao para retirada da bauxita da jazida e seu transporte, em
grandes caminhes, para a rea de britagem;
Reflorestamento, com plantio de espcies nativas.
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Captulo 3 Reviso da Literatura 51
Figura 7 - Sequncia das operaes de