Geologia, Prospecção e Exploração de Depósitos de Minério de Ferro

Geologia, Prospecção e Exploração de Depósitos de Minério de Ferro

O ferro é conhecido desde a antiguidade. O ferro é onipresente na litosfera como constituinte principal ou em quantidades vestigiais. Em abundância, ocupa o quarto lugar atrás do oxigênio, silício e alumínio.

Os minérios de ferro têm uma ampla faixa de formação no tempo geológico, bem como uma ampla distribuição geográfica. Esses minérios são encontrados nas rochas mais antigas conhecidas da crosta terrestre, com idade superior a 2,5 bilhões de anos, bem como em rochas formadas em várias idades subsequentes. Na verdade, minérios de ferro estão se formando hoje nas áreas onde os óxidos de ferro estão sendo precipitados.

Vários milhares de ocorrências de ferro são conhecidas em todo o mundo. Eles variam em tamanho de algumas toneladas a várias centenas de milhões de toneladas. Os depósitos de minério de ferro estão distribuídos em diferentes regiões do mundo sob variadas condições geológicas e em diferentes formações geológicas. A maior concentração de minério é encontrada em formações ferríferas sedimentares bandadas de idade pré-cambriana. Essas formações constituem a maior parte dos recursos de minério de ferro do mundo.





Os minérios de ferro ocorrem em uma ampla variedade de ambientes geológicos em rochas ígneas, metamórficas ou sedimentares, ou como produtos do intemperismo de vários materiais primários portadores de ferro. Os minérios de ferro podem ser agrupados em tipos de ocorrência, composição e estrutura geológica semelhantes. Segue-se uma classificação simplificada que se baseia na génese dos depósitos e ambiente geológico. Ele mostra os principais modos de ocorrência de minérios de ferro, bem como ilustra a variada geologia dos depósitos de minério de ferro.

• Minérios ígneos -Estes depósitos de minério de ferro são formados pela cristalização de materiais rochosos líquidos, seja como depósitos do tipo em camadas que possivelmente são o resultado de cristais de minerais pesados ​​contendo ferro que se sedimentam à medida que cristalizam para formar concentrações ricas em ferro, ou como depósitos que mostram relação intrusiva com suas rochas de parede. Esses depósitos de minério são tabulares ou irregulares e são compostos principalmente de magnetita com quantidades variadas de hematita. Os minérios ígneos geralmente têm alto teor de ferro e muitas vezes têm alto teor de fósforo ou titânio.
• Minérios de contato – Os depósitos de minério de ferro formados no ou próximo ao contato entre rochas ígneas e rochas sedimentares são normalmente compostos de magnetita e hematita com carbonatos e pirita associados. Os depósitos de minério estão geralmente nas rochas sedimentares como corpos de substituição irregulares ou tabulares.
• Minérios hidrotérmicos – São depósitos de minério de ferro formados por soluções quentes que transportaram ferro e substituíram rochas de composição química favorável por minerais de ferro para formar corpos minerais irregulares. Nesses depósitos, o ferro geralmente ocorre como siderita (FeCO3) ou às vezes como óxidos.
• Minérios sedimentares – Estes são (i) minérios acamados, (ii) minérios de siderita, (iii) minérios de aluvião ou (iv) minérios de ferro de pântano. Os “minérios de ferro acamados” são frequentemente compostos de oólitos de hematita, siderita, silicato de ferro ou, menos comumente, limonita em uma matriz de siderita, calcita ou silicato. Esses minérios têm uma ampla distribuição geográfica associada a outras rochas sedimentares e muitas vezes apresentam um teor de fósforo bastante alto. Os minérios podem ser autofluxantes. Os ‘minérios de siderita’ consistem em leitos de siderita ou nódulos de siderita associados a folhelhos. Eles são comuns nas medidas de carvão e são frequentemente chamados de ironstones de argila ou ironstones de banda preta. Esses minérios geralmente contêm sulfetos associados e muitas vezes têm um teor bastante alto de enxofre e fósforo. Os óxidos de ferro, quando compactos, geralmente são resistentes ao intemperismo e à erosão e, em condições favoráveis, podem formar “depósitos de aluvião” que, em alguns casos, constituem minérios de ferro. Os depósitos de placer são de menor importância como fontes de ferro. Os 'minérios de ferro do pântano' ocorrem em muitas áreas pantanosas. Eles ocorrem normalmente como massas celulares marrom-escuras ou partículas granulares ou finas de limonita. Esses minérios há muito deixaram de ter importância comercial.
• Formações ferruginosas metamorfoseadas – Incluem as rochas ferruginosas acamadas metamorfoseadas compostas geralmente por finas camadas alternadas de quartzo de grão fino e óxidos férricos. O ferro está normalmente presente na forma mineral de magnetita ou hematita, juntamente com quantidades menores de silicatos de ferro e carbonatos de ferro. Essencialmente, todas as formações ferríferas sedimentares pré-cambrianas são desse tipo. Os tipos metamorfoseados também incluem aqueles em que a forma original dos minérios foi obscurecida por extensa recristalização. Algumas dessas formações ferríferas são importantes economicamente como minérios de ferro devido à sua facilidade de beneficiamento por moagem fina e pela concentração dos minerais de minério principalmente por métodos magnéticos.
• Minérios residuais – Esses minérios são geralmente produtos do intemperismo superficial de rochas, mas podem incluir minérios formados por oxidação hidrotermal e lixiviação. Minérios deste tipo foram formados extensivamente em formações ferríferas pré-cambrianas por lixiviação de sílica, que comumente constituía mais de 50% da rocha. A oxidação mudou o carbonato de ferro, minerais de silicato e magnetita para hematita ou limonita.

O minério de ferro potencial conhecido por existir em uma área é chamado de recurso de minério de ferro. Os recursos identificados incluem reservas e outros materiais de rolamento de ferro que podem se tornar rentáveis ​​para a mineração em condições econômicas futuras. Os recursos identificados são aqueles cuja localização, teor, qualidade e quantidade são conhecidos ou estimados a partir de evidências geológicas específicas. Os recursos identificados incluem componentes econômicos, marginalmente econômicos e subeconômicos e, dependendo do grau de certeza geológica, cada uma dessas divisões econômicas pode ser subdividida em medidas, indicadas e inferidas. As reservas são definidas como os recursos que podem ser explorados economicamente no momento de sua determinação.

A exploração do depósito de minério de ferro existente é a parte mais fácil das operações de mineração. A parte mais difícil é encontrar novas jazidas de minério e definir sua extensão e teor de ferro (grau). A exploração é o processo pelo qual as acumulações de minerais de minério de ferro podem ser encontradas na crosta terrestre. Antes que os pesados ​​investimentos necessários para montar uma operação de mineração sejam feitos, a organização de mineração deve garantir que o depósito seja economicamente viável e tenha quantidades de minério que garantam a produção de minério por um período de tempo suficientemente longo. Mesmo após o início da produção, é necessário localizar e delinear quaisquer extensões da mineralização e buscar novos prospectos que possam substituir as reservas que estão sendo mineradas. Investigar extensões e procurar novos depósitos são atividades vitais para uma organização de mineração.

A prospecção envolve a busca de uma área por jazidas minerais com o objetivo de explorá-la com lucro. Ou seja, transformar a jazida mineral em jazida de minério. Um geólogo que faz a prospecção de uma área procura a exposição superficial de minerais, observando irregularidades na cor, forma ou composição da rocha. Sua experiência lhe diz onde procurar, para ter as maiores chances de sucesso.

Exploração, embora pareça semelhante à prospecção, é o termo usado para o exame sistemático de um depósito de minério. . Não é fácil definir o ponto em que a prospecção se transforma em exploração. Após a escolha de uma área de interesse, é feito um pedido de licença de exploração. A aprovação pelos oficiais é necessária antes que as atividades de exploração possam começar.

Atividades relacionadas à prospecção e exploração

O primeiro passo nas atividades está relacionado à prospecção e exploração é realizar uma revisão de dados históricos e existentes, especialmente de minas fechadas e amostras de núcleo e outras informações relevantes disponíveis de exploração anterior que pode ser acessada. Isso pode resultar em grandes economias de tempo e dinheiro necessários para novas atividades. Uma das fases mais baratas da exploração de uma área é a preparação de um mapa geológico abrangente, detalhado e preciso, que muitas vezes começa com instrumentos básicos, como fita e bússola. A precisão pode ser aprimorada usando fotos aéreas para ajudar a localizar afloramentos, grandes zonas de falhas e controle topográfico básico. Cada etapa adiciona mais alguns custos, mas também melhora a precisão e os detalhes do mapa resultante.

As terras cobertas de solo são inacessíveis ao garimpeiro, que primeiro procura um afloramento da mineralização. Onde a cobertura da terra compreende uma camada rasa de material aluvial, geralmente são cavadas trincheiras na área mineralizada para expor o leito rochoso.

Um garimpeiro identifica a descoberta, mede a largura e o comprimento e estima a área mineralizada. As amostras das trincheiras são analisadas em laboratório. Mesmo quando os minerais podem ser encontrados na superfície, determinar qualquer extensão em profundidade é uma questão de adivinhação qualificada. Se as descobertas do garimpeiro e sua teorização sobre a provável existência de um depósito de minério estiverem em terra firme, o próximo passo é explorar as terras ao redor.

Exploração é um termo que abrange geofísica, geoquímica e, finalmente, as atividades mais caras, como perfurar o solo para obter amostras de qualquer profundidade. A Figura 1 mostra a sequência geral de atividades na prospecção e exploração de um depósito de minério. A exploração eficiente depende da produção cada vez mais sofisticada de mapas para fins de planejamento e rotas de acesso, para mapeamento geológico, geofísico, geoquímico e estrutural. Hoje mapas topográficos aéreos detalhados estão disponíveis dando ao explorador informações básicas para determinar onde encontrar áreas com bom potencial de depósito de minério.

Fig 1 Sequência geral de atividades na prospecção e exploração de um depósito de minério 

Exploração geofísica

Após sua introdução na década de 1950, os levantamentos geofísicos aéreos tornaram-se um primeiro passo comumente usado na exploração geofísica. Grandes áreas podem ser efetivamente cobertas em um curto período de tempo. Os mapas aerogeofísicos mais comuns são os mapas magnetométricos que registram as variações do campo magnético terrestre com alto grau de precisão. A seleção ideal de altitude e espaçamento, bem como a escolha da instrumentação, são importantes em levantamentos geofísicos aéreos.

A partir da superfície, diferentes métodos geofísicos são usados ​​para explorar formações subsuperficiais, com base nas propriedades físicas de rochas e minerais portadores de ferro, como magnetismo, gravidade, condutividade elétrica, radioatividade e velocidade do som. Dois ou mais métodos são frequentemente combinados em uma pesquisa, para adquirir dados mais confiáveis. Os resultados das pesquisas são compilados e combinados com informações geológicas da superfície e cavacos ou amostras de testemunho de qualquer perfuração de testemunho anterior, para decidir se vale a pena prosseguir com a exploração adicional. Caso os resultados da pesquisa apontem para uma exploração adicional, então a informação forma a base para as atividades de perfuração. Como o levantamento geofísico é normalmente realizado a partir do ar, as informações dos levantamentos de superfície são comparadas e adicionadas ao mapeamento aéreo.

As técnicas e instrumentação geofísica atuais, métodos de amostragem, procedimentos de perfuração e alguns métodos de investigação geológica aplicáveis ​​ao minério de ferro estão descritos abaixo. A geofísica, aplicada às explorações de minério de ferro, é primordialmente uma ferramenta de reconhecimento que fornece informações que devem ser posteriormente complementadas por mapeamento geológico, estudos petrográficos, perfuração e avaliação de análises de minério e ensaios de tratamento. As técnicas geofísicas utilizadas na busca de minérios de ferro, como na maioria dos mapeamentos geofísicos, baseiam-se na presença de contrastes mensuráveis ​​de propriedades físicas entre os minerais do minério e as rochas circundantes. As propriedades físicas utilizadas principalmente são magnetismo (tanto permanente quanto induzido) e densidade. Métodos elétricos (incluindo polarização e eletromagnetismo) e estudos sísmicos são usados ​​algumas vezes em conjunto com levantamentos magnéticos ou gravimétricos para obter uma melhor definição dos corpos de minério.

Magnetômetros

Os magnetômetros modernos têm maior sensibilidade e conveniência de operação. Porque, desde a década de 1950, eles eliminaram outros métodos como a agulha de imersão e o super mergulho do emprego prático na exploração de minério de ferro. Os magnetômetros passaram por vários estágios sucessivos de desenvolvimento. As principais formas conhecidas, na ordem de sua concepção, são os magnetômetros do tipo balanceamento, tipo torção e porta de fluxo, seguidos nos últimos anos pelos magnetômetros que foram concebidos e desenvolvidos no campo da física atômica. Estes últimos instrumentos incluem o vapor de rubídio, a precessão de prótons e os magnetômetros de absorção óptica.

Magnetômetros são usados ​​para determinar a força do campo magnético da Terra ou seu componente vertical em um determinado local. O campo da Terra é muito fraco, variando de cerca de 0,7 oersted em pólos magnéticos a cerca de 0,25 oersted em alguns pontos do equador magnético. Nos estudos geomagnéticos, a intensidade do campo é medida em uma unidade muito menor que a oersted, que é a gama (igual a 0,00001 oersted). A forma do campo magnético da Terra não é uniforme, mas mostra irregularidades regionais em grande escala devido a variações na forma e composição da crosta e do manto superior da Terra. Variações em menor escala resultam de distúrbios magnéticos causados ​​por concentrações de material magnético próximo à superfície e são essas variações locais que são procuradas quando se busca minérios de ferro.

Pesquisa magnética

O levantamento magnético mede as variações no campo magnético da Terra causadas por propriedades magnéticas de formações rochosas subsuperficiais. O magnetômetro aerotransportado é a principal ferramenta geológica utilizada na busca de minérios de ferro e materiais ferrosos em grandes áreas. O método de conduzir um levantamento magnético aéreo é instalar um portão de fluxo ou magnetômetro de precisão de prótons em um avião que atravessa a área alvo a uma altitude fixa e ao longo de linhas de vôo predeterminadas. O magnetômetro mede a magnitude do campo magnético da Terra. Os dados são registrados eletronicamente junto com a posição do avião e sua altitude. Nos últimos anos, há melhorias na qualidade dos levantamentos devido aos refinamentos nos equipamentos que incluem maior sensibilidade e simplicidade, registro de dados em múltiplos canais, miniaturização de instrumentos e capacidade de posicionamento mais preciso. Devido à apresentação e registro dos dados em formato digital, os computadores são usados ​​para realizar a redução de dados necessária e os requisitos de plotagem necessários para análises e interpretações. Os dados desses registros são plotados como um mapa de contorno, com linhas conectando pontos de igual intensidade magnética no mapa. Os padrões formados por essas linhas indicam áreas onde ocorrem anomalias magnéticas (grandes distorções locais do campo magnético da Terra). As áreas indicadas por anomalias no mapa magnético são então investigadas em maior detalhe por levantamentos geológicos e por medições de gravidade, estudos eletromagnéticos ou outras técnicas geofísicas. Estas técnicas geofísicas são dadas abaixo.

Os levantamentos eletromagnéticos são baseados em variações de condutividade elétrica no maciço rochoso. Um transmissor é usado para criar um campo eletromagnético alternado primário. A corrente induzida produz um campo secundário no maciço rochoso. O campo resultante é traçado e medido, revelando assim a condutividade das massas subterrâneas.

As pesquisas elétricas medem o fluxo natural de eletricidade no solo ou a corrente galvânica conduzida ao solo e controlada com precisão. Os levantamentos elétricos são usados ​​para localizar depósitos minerais em profundidades rasas e mapear estruturas geológicas para determinar a profundidade da sobrecarga no leito rochoso ou para localizar o lençol freático.

Pesquisas de polarização induzida são conduzidas ao longo de linhas de grade com leituras feitas em eletrodos receptores plantados na terra e movidos de estação para estação. Os eletrodos são conectados a um receptor e medem a capacidade de carga (a capacidade de vários minerais para construir uma carga de eletricidade) e os efeitos da resistividade na corrente forçada no solo e no leito rochoso.

Os levantamentos gravimétricos medem pequenas variações no campo gravitacional causadas pela atração de massas rochosas subjacentes. A variação na gravidade pode ser causada por falhas, anticlinais e cúpulas de sal que são frequentemente associadas a formações petrolíferas. O levantamento gravimétrico também é usado para detectar minerais de alta densidade, como minério de ferro.

Em regiões onde as formações rochosas contêm minerais radioativos, a intensidade da radiação é consideravelmente maior do que o nível de fundo normal. A medição dos níveis de radiação ajuda a localizar depósitos contendo minerais associados a substâncias radioativas.

Os levantamentos sísmicos são baseados em variações da velocidade do som experimentadas em diferentes estratos geológicos. O tempo é medido para o som viajar de uma fonte na superfície, através das camadas subjacentes, e novamente para um ou mais detectores colocados a alguma distância na superfície. A fonte do som pode ser o golpe de uma marreta, um grande peso caído, um vibrador mecânico ou uma carga explosiva. O levantamento sísmico determina a qualidade do leito rochoso e pode localizar a superfície de contato de camadas geológicas, ou de um depósito mineral compacto no solo.



No caso de minérios de ferro, o estudo magnético detalhado de áreas anômalas pode envolver o uso de um magnetômetro em um helicóptero, ou levantamentos terrestres empregando magnetômetros portáteis ou outros portáteis. Uma nova técnica de prospecção eletromagnética conhecida como AFMAG (audio frequency magnetics) tem sido usada em áreas onde foram detectadas anomalias magnéticas para tentar diferenciar entre depósitos enterrados de vidro vulcânico ou intrusivos com ferro de baixo teor e depósitos com alta magnetização remanescente que representam minério potencial corpos. O magnetômetro de vapor de rubídio, da mesma forma, possibilita a rejeição de depósitos não econômicos pela diferenciação entre depósitos magnéticos, de alta suscetibilidade magnética e condutividade elétrica, e vidro vulcânico enterrado e ferro não condutor de baixo teor intrusivos de baixa suscetibilidade que, no entanto, são capazes de de produzir anomalias magnéticas atraentes.

Amostragem e perfuração

No período inicial da descoberta do minério de ferro, a maior parte da exploração de potenciais corpos de minério era feita por poços e poços de teste. Atualmente, a correlação e avaliação dos dados detalhados do magnetômetro ou outros levantamentos são geralmente seguidos por um programa de perfuração cuidadosamente elaborado para fornecer amostras que, por meio de estudos geológicos e mineralógicos, estabelecem o tipo, a qualidade e a extensão do minério que pode estar presente, e a natureza e quantidade do estéril ou formações rochosas associadas ao minério.

Atenção considerável é dada nos dias de hoje para a melhoria dos métodos de perfuração do núcleo para fornecer melhores amostras. A amostra de perfuração mais completa e imperturbável possível a um custo razoável é o objetivo final. Brocas diamantadas são empregadas especialmente em formações duras. O uso de lamas de perfuração com brocas diamantadas foi adotado onde são desejadas amostras da mais alta qualidade de material com bandas alternadamente duras e macias. Brocas rotativas de fundo de poço e brocas de circulação reversa de vários tipos podem fornecer uma taxa de penetração rápida com recuperação de amostra satisfatória em algumas aplicações de amostragem. A perfuração com fio de aço é empregada em cerca de metade das operações de perfuração de núcleo em algumas partes do mundo. A avaliação estatística dos resultados das perfurações exploratórias é feita para fornecer guias para o planejamento de programas de perfuração, principalmente no que diz respeito ao espaçamento mais econômico dos furos e ao grau mais desejável de recuperação do testemunho que proporcionaria amostragem adequada ao menor custo.

A próxima e mais cara parte da sequência de exploração é a perfuração. Para um perfurador, todos os outros métodos de exploração são como rodeios. A perfuração penetra profundamente no solo e traz amostras de tudo o que encontra pelo caminho. Se houver qualquer mineralização em determinados pontos muito abaixo da superfície, a perfuração pode dar uma resposta direta e pode quantificar sua presença naquele ponto específico. As despesas de perfuração compreendem cerca de metade dos custos totais de exploração. Existem dois métodos principais de perfuração exploratória, nomeadamente perfuração de núcleo e perfuração de percussão.

Perfuração do núcleo, produz uma amostra sólida em forma de cilindro do solo a uma profundidade exata. A perfuração de percussão produz uma amostra triturada, compreendendo cascalhos de uma profundidade razoavelmente bem determinada no furo. Além disso, o próprio furo de sondagem pode fornecer uma quantidade complementar de informações, principalmente por meio de registro usando dispositivos para detectar anomalias físicas, semelhantes aos levantamentos geofísicos mencionados acima.

A perfuração do núcleo é usada para definir o tamanho e os limites exatos da mineralização. Isso é importante para determinar os teores de minério que estão sendo manuseados e vital para o cálculo das reservas do minério. Uma perfuração subterrânea estrategicamente localizada também pode cruzar novos corpos de minério na vizinhança. O núcleo é uma amostra intacta da geologia subterrânea, que pode ser examinada minuciosamente para a determinação da natureza exata da rocha e de qualquer mineralização. Amostras de especial interesse são enviadas a um laboratório para análise para revelar o teor de ferro no minério.

Os testemunhos de perfuração de exploração são armazenados em caixas especiais e mantidos em arquivos por um longo período de tempo. As caixas são marcadas para identificar de qual furo e em que profundidade a amostra foi retirada. A informação recolhida pela perfuração do testemunho é importante.

Para obter informações geológicas rápidas e com menor custo, às vezes são usados ​​métodos de circulação reversa. Em vez de amostras de testemunho, o geólogo tem acesso a cascalhos de perfuração (cavacos) ao longo do comprimento do furo, que são verificados e mapeados quanto ao conteúdo mineral após análises laboratoriais. A perfuração de circulação reversa está rapidamente se tornando popular para aplicações de perfuração de superfície. As plataformas no método de circulação reversa são montadas em caminhões e restritas a terrenos acessíveis e melhores condições de estrada em comparação com equipamentos de perfuração de núcleo, que são prontamente desmontados. 

Da prospecção à mineração

Para a quantificação da mineralização, e para a definição da forma, tamanho e teor metálico do depósito, é necessário um procedimento passo a passo nas atividades de exploração. A cada passo do procedimento, as informações disponíveis são examinadas, para decidir se é necessária a continuação dos esforços de exploração. O objetivo é ter certeza de que o depósito é economicamente viável, fornecendo um conhecimento detalhado da geologia do depósito. O minério é um conceito econômico, definido como uma concentração de minerais, que pode ser explorado economicamente e transformado em um produto vendável.

Antes que um depósito mineral possa ser rotulado como um corpo de minério, é necessário conhecimento completo sobre a mineralização, tecnologia de mineração proposta e métodos de processamento. Os impactos ambientais da mineração e processamento mineral devem ser cuidadosamente estudados e precisam de aprovação. Um pré-requisito para investir na operação de mineração é a confiança necessária para a rentabilidade sustentada por um longo período de tempo. Nesta fase, é realizado um estudo de viabilidade abrangente, abrangendo os requisitos de capital, retorno do investimento, período de retorno e outros aspectos essenciais. Com base em toda a documentação geológica e no estudo, a organização mineira obtém uma boa ideia de como minerar o depósito.