sim 2014 - palestra desenvolvimento de um processo de mineração eco-eficiente (kristy duff)
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Kristy Duff Engenheira de Processos - PTI Formada em 2001 em engenharia de processamento de minerais, na Universidade de Queensland e atualmente é engenheira de processos na Metso. Desde sua graduação, passou por várias operações e escritórios de engenharia, atuando em minas de chumbo, prata, zinco, entre outros. Hoje, traz uma vasta experiência de campo para a equipe de PTI.TRANSCRIPT
Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D)
Desenvolvimento de um processo de mineraçãoeco-eficiente e com melhor uso de recursos
2014
Autores:Autores:K K DuffyDuffy
W W ValeryValeryA A JankovicJankovic
K K RungeRunge
© Metso© Metso
Um processo de mineração eco-eficiente e com melhor uso de recursosIntrodução
Diante de - Crescentes custos de energia- Recursos hídricos limitados- Exigências legais mais rigorosas- Depósitos minerais mais pobres e de extração mais difícil
a indústria da mineração está buscando tecnologias e práticas mais sustentáveis
A METSO PTI está realizando um Projeto de P&D :“Desenvolvimento de um processo de mineração
eco-eficiente e com melhor uso de recursos”
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© Metso www.metso.com
Um processo de mineração eco-eficiente e com melhor uso de recursos
• Investigar tecnologias e práticas alternativas em mineração e processamento mineral que reduzam a utilização de energia e água e as emissões de carbono, enquanto minimizam a geração de resíduos e maximizam valor
• Propor serviços de mineração eco-eficientes e fluxograma(s) para testes em colaboração com uma empresa mineradora, tendo como meta reduzir o uso de energia em 30% e a emissão de gases causadores do efeito estufa em 50%
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Objetivo e MetaObjetivo:
Meta:
Procurando soluções que sejam tecnicamente e economicamenteviáveis para serem implementadas em um prazo razoavelmente curto
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Melhorar a eficiência energética –Criando maior valor com menos impacto e, consequentemente,
melhor retorno econômico a partir do recurso disponível
• Empresas mineradoras precisam operar com maior eficiência paraatenderem às metas ambientais, mas também para continuaremeconomicamente viáveis.
• Melhorar a eficiência de recursos (ser mais recurso-eficiente) podefazer a diferença entre um projeto ser viável ou não.
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Visão Geral
Foco:
Um processo de mineração eco-eficiente e com melhor uso de recursos
© Metso www.metso.com General PTI presentation 2014
Hoje – Processo de Mineração Convencional
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Flotação Primária Remoagem Flotação de Limpeza
Perfuração e Desmonte
Escavadeira e Caminhão Britador Primário
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O Futuro – Mineração Eco- e Recurso Eficiente
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Britagem e transporte in-pit
Pré-classificação do minério
Transporteem ânguloacentuado
Flotação de partículas grossas
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Desmonte seletivo de alta intensidade (HISB – High Intensity Selective Blasting)
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AntecedentesEnergia
específicakWh/t
Custo $/t
Perfuração & Desmonte
0,1 – 0,25 0,1 – 0,25
Britagem 0,5 – 8 0,5 – 1Moagem 10 - 35 2 – 5
• Espera-se que o Desmonte seletivo de maior intensidade leve a mais um degrau de avanço em eficiência energética.
• Envolve aumentar e melhor distribuir a energia utilizando sistemas avançados de iniciação para: - Melhorar a fragmentação na detonação- Controlar a movimentação do minério e
minimizar sua diluição. - Permitir detonação seletiva. - Ondas de choques resultantes são
focadas para aumentar micro fraturas.
O desmonte é o estágio de cominuição mais barato e de maior
eficiência energética
O desmonte é o estágio de cominuição mais barato e de maior eficiência
energética
© Metso© Metso8
Benefícios
• Tamanho máximo controlado & mais finos • ‘Top size’ ~350mm comparado a ~1m• Redução de energia nas operações de
cominuição posteriores• Otimização geral do sistema (custos/energia)
• Redução emissões gases do efeito estufa• Melhor produtividade carga e transporte• Melhor modelagem de previsão e ‘blending’• Melhor estabilização geral do processo• Melhor viabilidade de tecnologias
alternativas de pré-concentração e carga/transporte
Estas melhorias são conseguidas sem capital adicional
Desmonte seletivo de alta intensidade (HISB)
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Testes em Escala Industrial
• Pequena detonação pré-teste realizada para calibrar um modelo defragmentação por explosivos
• Mudanças nos planos de fogo simuladas e dois planos escolhidos para teste.• Razão de carga (powder factor) aumentada de 0,9 kg/m3 para 3,1 kg/m3
• Um polígono de detonação retangular (50 m x 10 m) será dividido em duaszonas para testar os dois planos de fogo
• Medir impacto sobre a fragmentação por explosivos
Testes de High Intensity Blasting (HIB) em uma pedreira de rocha dura no Brasil
ObjetivoControlar a
distribuição de energia para reduzir o ‘top size’ enquanto
se previne o ultralançamento, onda de choque
aérea, pó e vibração
Cenário A Cenário B
Desmonte seletivo de alta intensidade (HISB)
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Antecedentes A movimentação de minério é responsável por cerca de 50 % do custo
operacional total de uma mina e gera a maior parte do pó e das emissões de gases do efeito estufa (GEE)
• Entende-se por In-Pit Crushing and Conveying (IPCC) a utilização debritadores totalmente móveis, semi-móveis ou de britadores fixos dentro damina junto com um sistema transportador para retirada do material.
• O IPCC pode eliminar o uso de diesel e é mais eficiente do que a operaçãoconvencional com escavadeira e caminhão.
Interesse em IPCC está crescendo devido ao:
• Declínio da qualidade dos depósitos minerais
• Maior diferença de preço entre o diesel e a eletricidade
• Falta de mão de obra qualificada• Restrições ambientais + rigorosas
Britagem e transporte in-pit(In-Pit Crushing and Conveying - IPCC)
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Vantagens e Desvantagens
IPCC Escavadeira e CaminhãoVantagens• Alta capacidade• Operação contínua• Baixos custos operacionais• Longa vida útil de equipamentos• Menos emissões• Melhor automação e segurança• Sem dependência na disponibilidade
de pneus
Desvantagens• Baixa ou média capacidade• Operação descontínua• Altos custos operacionais• Menor vida útil de equipamentos• Movido a Diesel• Maioria dos acidentes ocorrem durante
carregamento & transporte• Problemas com disponibilidade de pneus
Desvantagens• Maior custo inicial com capital• Menor flexibilidade de capacidade• Maior complexidade em planejamento
da mineração• Maior tempo entrega / desenvolvimento
Vantagens• Baixo custo inicial com capital• Flexibilidade de capacidade• Apropriado para mineração seletiva • Menor tempo entrega / desenvolvimento
Britagem e transporte in-pit(In-Pit Crushing and Conveying - IPCC)
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IPCC é particularmente atraente em operações degrande volume pois os custos de transporteconvencional por caminhão aumentam dramatica-mente com a ampliação no tamanho da mina
• Porém, IPCC tem o potencial de reduzir, de maneira significativa, os custosoperacionais, necessidades relativas à mão de obra e às emissões para muitasaplicações.
• Condições favoráveis à IPCC:- Longa vida da mina- Operação de alta capacidade- Longa distância transporte- Operação ‘Greenfield’ - Restrições relativas a emissões de carbono e/ou geração de pó- Preço da eletricidade ($/kWh) inferior a 25% do preço do diesel ($/L)- Restrições de mão de obra ou dificuldade em encontrar mão de obra qualificada- Bancos longos e regulares e técnicas de ‘strip-mining’
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AplicabilidadeA implementação de IPCC requer cuidadosa avaliação dos fatores
geológicos, técnicos e econômicos específicos para cada operação
Britagem e transporte in-pit(In-Pit Crushing and Conveying - IPCC)
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• Um sistema eficiente para implementar IPCC nas operações em minas com taludes íngremes
• Remove o material pela rota mais curta
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Transporte em ângulo acentuado
Transporte em ângulo acentuado ‘high angle conveying’ (HAC)
Britagem e transporte in-pit(In-Pit Crushing and Conveying - IPCC)
© Metso© Metso
• Redução em emissões de gases do efeito estufa de100.000 –150.000 toneladas de CO2/ano
• Custos operacionais são tipicamente 20% – 60% menores do que um sistema de pá e caminhão, com um sistema totalmente móvel IPCC sendo o mais frugal
• A necessidade energética de um sistema de correia transportadora é por volta de 20% daquilo que se necessita para o transporte por caminhão
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Benefícios
Os maiores benefícios seriam alcançados nas grandes operações a céu aberto que necessitam movimentar altos volumes de
material ao longo de grandes distâncias.
Britagem e transporte in-pit(In-Pit Crushing and Conveying - IPCC)
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Pré-Concentração
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Antecedentes
• A cominuição é o maior consumidor de energia no processamento mineral (até 70%)
• Remover o material estéril antes da cominuição pode reduzir o consumo de energia e água e o custo operacional por tonelada de produto de maneira significativa
Remoção de material estéril com o maior tamanho de
partícula possível
Oportunidades:• Peneiramento após a fragmentação
inicial• Classificação do Minério Bruto
Impactos - Consumo Energia, Geração de Gases EstufaTodas as Operações de Mineração e Processamento Mineral
© Metso© Metso16
Por Peneiramento
Exemplo:• 85% recuperação de urânio em apenas 60% da massa• Enriquecimento de <0,07% para 0,10% de urânio
• Minerais valiosos com frequência são mais moles e mais friáveis do que minerais ganga
• Concentração de minerais de valor em frações fina após estágios iniciais de fragmentação
• Exemplos em várias commodities:
- urânio - platina- ouro- Metais de base
0.06
0.07
0.08
0.09
0.10
0.11
0.12
0.13
0.14
0.15
0.16
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
-20 -50 -100 +100
Cum
ulat
ive
Ura
nium
Gra
de (%
)
Cum
ulat
ive
Mas
s and
Ura
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Rec
over
y (%
)
Size Fraction (mm)
Recovery, grade and size relationship for a Uranium Ore
Mass Recovery
Uranium Recovery
Grade
Recuperação, teor e relação de tamanho para um Minério de Urânio
Mas
sa c
umul
ativ
a e
Rec
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ação
de
Urâ
nio
(%)
Pré-Concentração
© Metso© Metso17
Por Peneiramento - Aplicação
PENEIRAMENTOAlta capacidade Baixo custo Baixo risco técnico
• A relação entre tamanho de partícula e teor é comumente conhecida na indústria
• Muito difícil de medir/amostrar
TelferEnsaios de Pré-peneiramento
Bougainville CopperPlanta de Pré-peneiramento
• Comissionada em 1987• Peneira 6000 tph a 32 mm• Aumentou produção e
utilização de recursos • Através da redução do teor
de corte e aumento da produção do concentrador
• Amostras ROM • Cut-size 50mm e
100mm• Amostragem
‘falling stream’• 75% ouro em
50% de massa• Alta variabilidade
Fonte: Bowman and Bearman - 2014
Pré-Concentração
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Classificação de minério por sensor
• Largamente empregada nas indústrias de matérias primas e reciclagem
• Porém, somente aplicada em algumas áreas na indústria da mineração
• Tecnicamente viável e oferece benefícios significativos (aumentando a eficiência em energia e água) para as aplicações de nicho, de pequena escala, e para tipos específicos de minérios
• Não apropriada para a pré-concentração em operações mineradoras grandes (produção é limitada)
• A pré-concentração requer que a classificação do minério seja aplicada a quantidades de minério a granel
Tecnologia Atual(separação de partículas individuais)
Pré-Concentração
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Classificação de minério a granel
Sensor ou combinação de sensores
Sistema de controle (decisão aceitar /
rejeitar Portão de desvio
Valioso Rejeitado
• Utiliza sensores para medir a qualidade do minério a granel como, por exemplo, em uma correia transportadora com plena carga
• Requer sensores penetrantes e rápidos (colaboração – especialistas em sensores)
• A Metso desenvolveu desenhos conceituais de sistemas mecânicos de desvio (na mina e fixos)
Pré-Concentração
Alimentação à usina ou transportador móvel in-pit
(correia transportadora com 3.600 t/h, 5m/s)
Material de valor Material estéril
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Benefícios
• Melhorar alimentação da planta / remover rocha estéril
• Redução de diluição / perdas de minério• Para as operações já existentes, aumenta
a produção para o mesmo equipamento ou planta
• Em novas operações, reduz infraestrutura de processamento necessária para o mesmo volume de produção
• Upgrade do material abaixo do teor de corte para estender a utilização dos recursos
• Redução em uso de energia, emissões de GEE e perdas de água por tonelada de produto
• Menos rejeitos finos úmidos • Redução das necessidades de transporte
de minério (carregamento / caminhão / correia transportadora)20
738
811
-1000
-500
0
500
1000
0 5 10 15
NPV
(Mill
ion
US$
)
Ano
NPV Cumulativo
Base Case With Sorting
Pré-concentraçãoaumenta teor de aliment. planta a
0,62% Cu
Impacto da Pré-concentração sobre o NPV (Valor Presente Líquido)
200 Milhões de toneladas depósito cobreCapacidade fixa da planta 40.000tpd0,52% Cu teor de aliment., 15 anos LOM
Exemplo: Mina de Cobre 8 MtpaUS$ 28,8 milhões de valor perdidopor ano devido a diluição de teorde alimentação. Controle dequalidade com pré-classificaçãopode reduzir perdas por diluição
Pré-Concentração
© Metso© Metso
Circuitos de cominuição eco-eficientes
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Antecedentes
A cominuição é o maior consumidor de energia no processamento de
minérios (até 70%)
• Novos circuitos de cominuição podem incluir tecnologias alternativas tais como:- Moinhos de Rolos Verticais (VRM)- Britador de Rolos de Alta Pressão
(HPGR) como o HRC da Metso- e moinhos como o Vertimill da Metso
• Nos circuitos de moagem a úmido existentes - A substituição de ciclones por
peneiras de finos poderá melhorar a eficiência
© Metso© Metso22
Tecnologias alternativas e fluxogramas inovadores
• Tecnologias como VRM, HPGR e moinhos de atrição são mais eficientes do que moinhos convencionais (menor energia específica geral)
• VRM e HPGR oferecem vantagens adicionais- Processos a seco (minimiza perdas de água)- Sem corpos moedores em aço – energia incorporada
• Novos arranjos de fluxogramas como um HPGR seguido de moinhos de atrição (‘stirred’ mill) têm o potencial de reduzir a energia de cominuição de maneira significante
Testes em escala piloto indicam que tanto o HPGR quanto o VRM tem o potencial de proporcionar economias significativas de energia além de benefícios para o processo
VRM 25% – 40% mais eficiente em energia do que moinho de bolas para uma cominuição semelhante.
HPGR em circuito fechado com aero-classificador 20% – 30% mais eficiente do que moinho de bolas até a moagem final
Circuitos de cominuição eco-eficientes
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Peneiramento de finos
• Nos circuitos a úmido existentes - Moinho de bolas em circuito fechado com hidrociclones predomina
atualmente- Economia de energia de 15 – 25% com uso de peneiras em vez de ciclones- Economia ainda maior para minerais valiosos de alta densidade
Capacidade do cir-cuito de moagem poderá crescer em até 50% para os minérios de magnetita
Colaboraçãon
Maior capacidade do circuito
Alimentação Peneira de finos Maior eficiência de
classificação
Produto
Moinho de Bolas
Menor carga circulante
Circuitos de cominuição eco-eficientes
© Metso© Metso
Flotação de partículas grossas
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Antecedentes
0.0
10.0
20.0
30.0
40.0
50.0
60.0
70.0
80.0
90.0
100.0
+425
um
+300
um
+212
um
+150
um
+106
um
+75
um
+53
um
+38
umCS
1
CS
2
CS
3
CS
4
CS
5
-CS
5
Circ
uit R
ecov
ery
(%)
Size Fraction
Recuperação por Flotação cai significativamente para as partículas grosseiras
A etapa de flotação não consome muita energia, mas a flotação de partículas mais grossas poderia proporcionar uma redução significativa
na energia de cominuição
• Flotação a 0,3 mm em vez de 0,1 mm poderia reduzir energia de cominuição em 30% a 50%.
• Flotação preliminar de material grosso, seguido de remoagem e limpeza de uma quantidade muito menor
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Estratégias para melhorar a flotação de partículas grossas
Colaboração
1. Melhorar a flotação de partículas grossas nas células existentes
• Programa de testes com célula piloto da Metso (3m3) analisando:
- Turbulência (design da célula, velocidade do rotor, tamanho do rotor, densidade da alimentação)
- Tamanho de bolha- Estabilidade de espuma- Tempo de residência da espuma- Condicionamento / flotação em
separado (grossos e finos)- Adição de reagente por aerossol
Flotação de partículas grossas
© Metso© Metso26
Colaboração
2. Avaliação de Tecnologias Alternativas
• Flotação em leito fluidizado • A tecnologia alternativa mais
promissora para melhorar a flotação de partículas grossas
• Utiliza água de fluidização aerada
Estratégias para melhorar a flotação de partículas grosseiras Flotação de partículas grossas
© Metso© Metso27
3. Otimização da interação moagem/flotação
• Compreendendo o efeito das tecnologias de moagem (mecanismos de fragmentação)- Formato da distribuição
granulométrica- Fragmentação preferencial
• E o impacto sobre o desempenho da flotação
10
100
1 10 100 1000
Mas
s Per
cent
Pas
sing
Size (microns)
Hammer Mill
Piston & Die
Estratégias para melhorar a flotação de partículas grossas Flotação de partículas grossas
© Metso© Metso
Otimização da recuperação de água
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Filtragem e empilhamento de rejeitos seco
A maior parte da água consumida na mineração é perdida por evaporação
nas barragens de rejeitos, aprisionamento e infiltração
• O empilhamento seco de rejeitos filtrados é uma ação cada vez mais considerada, especialemnte em áreas com alta atividade sísmica ou suprimentos hídricos limitados
• Os custos de recuperação e de fechamento tem uma redução significativa - Menor área (footprint)- Construção mais fácil - Reabilitação progressiva
O sistema de gerenciamento de rejeitos secos na mina de minério
de ferro Karara da Gindalbie Metalsé o primeiro deste tipo na Austrália.
Ele representa um investimento significativo na capacidade de reciclar água, permitindo que o projeto reduza seu consumo de
água em cerca de um terço.
© Metso© Metso
Benefícios
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Redução no consumo de energia e nas emissões de gases estufa
Economias de EnergiaEstimativa conservadora:
> 35 % de economia de energia para processo geral
Potencialmente muito maior
Emissões de Gases Efeito Estufa (GEE) Na produção de metais, a quantidade de GEE produzida acompanha de perto o consumo de energia
Estimativa de Economia de Energia Resultante de um Processo de Mineração Eco-eficiente e Recurso-eficiente
Porc
enta
gem
de
Ener
gia
Tota
l par
a Pr
oces
so
Con
venc
iona
l (%
)
Outra
Separação
Moagem
Britagem
Apoio à Mina
Transp. Minério
Escavação
Desmonte
Perfuração
© Metso www.metso.com30
Economia de água
Energy Savings
Conservative estimate:
> 35 % energy savingfor overall process if allcomponents implemented
Potentially much higher
Consumo geral de água pode ser reduzido em mais de 40 %
As maiores economias de água são possíveis através da aplicação de filtragem e empilhamento seco de rejeitos
Benefícios
Estimativa de economia de água resultante de um processo de mineração eco-eficiente e recurso-eficiente
Porc
enta
gem
de
Água
Tot
al p
ara
Proc
esso
Con
venc
iona
l (%
)
processo convencional
mineração
pré-concentração cominuição a seco e flotação de partículas
grossas
filtragem e empilhamento
seco
processo mineração eco- e recurso-eficiente
Processo Convencional Mineração Economia Água Processo Mineração Eco- e Recurso-eficiente
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• Inerentemente, a melhora da eficiência da operação em geral irá reduziros custos, o consumo de energia e água, e reduzirá as emissões portonelada de produção
• Assim, melhora-se o retorno econômico da operação enquanto se reduzo impacto sobre o meio ambiente
• As empresas mineradoras precisam operar com maior eficiência paraatender às metas ambientais, mas, também, para continuaremeconomicamente viáveis
• Melhorar a eficiência em recursos (ser mais recurso-eficiente) podefazer a diferença entre um projeto ser viável ou não
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Eficiência de recursos
Eficiência de recursosMaximizar a recuperação de valor de um depósito mineral, enquanto se reduz
o impacto
Benefícios
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Próximos passos e desafios• O trabalho fundamental está quase pronto• Resultados muito promissores em várias áreas• Iniciando testes industriais em algumas áreas• Buscando parcerias em mineração
- Para desenvolver ainda mais os conceitos- Realizar testes nos locais de operação - Sermos pioneiros na inauguração de novos processos
em projetos ‘Greenfield’ (novos empreendimentos)- Para validar a viabilidade e praticidade econômica dos
conceitos- Quantificar os benefícios da eco-eficiência
Unlocking Energy Efficiency in the Mining Process
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company/metso metsogroup metsoworldmetsoworld metsogroup
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