Beneficiamento de Minério de Ferro Otimizado para Produção Eficiente de Aço

Minério de ferro é mineral usado após extração e processamento para produção de ferro e aço. Os principais minérios contêm Fe₂O₃ (70% Fe, hematita) ou Fe₃O₄ (72% Fe, magnetita). Minérios normalmente associam-se a material de ganga indesejado. Teor do minério é determinado pelo teor total de Fe. Minérios "run-of-mine" após dimensionamento seco ou úmido, se contêm normalmente > 62% Fe, são "minério natural" ou "minério de embarque direto" (DSO). Podem ser usados diretamente na produção de ferro e aço. Todos os demais minérios necessitam beneficiamento e processamento antes do uso.

Beneficiamento de Minério de Ferro

Minérios de baixo teor não podem ser usados diretamente para produção de ferro e aço; precisam ser beneficiados para reduzir ganga e aumentar Fe. O processo para升级 teor de Fe é conhecido como beneficiamento de minério de ferro (IOB).

Minérios de diferentes fontes têm características mineralógicas peculiares, exigindo tratamento beneficiamento e metalúrgico específico para obter melhor produto. Para beneficiamento eficaz, britagem, moagem e peneiramento eficazes são necessários, empregando tecnologias adequadas. A escolha do tratamento depende da natureza da ganga e sua associação com estrutura do minério. Vários métodos como lavagem, jigging, separação magnética, gravítica e flotação são usados para aumentar Fe e reduzir ganga. Usados em combinações diversas. Para beneficiamento de minério específico, ênfase em desenvolver fluxograma custo-efetivo incorporando britagem, moagem, peneiramento e técnicas beneficiamento necessárias para升级 minério. Fluxograma típico de planta de beneficiamento na Figura 1.

Figura 1: Fluxograma típico de planta de beneficiamento de minério de ferro

Métodos/Técnicas Comuns

Britagem, Moagem e Peneiramento

Objetivo da moagem e re-moagem: reduzir minério a tamanho suficiente para libertar e recuperar minerais valiosos. Sistemas de britagem, moagem e peneiramento de planta IOB devem ser projetados considerando requisitos dos processos downstream. Unidades de britagem podem incluir britagem primária, secundária, terciária e quaternária. Britadores de mandíbula, giratórios, cônicos e de rolos usados. Circuitos de moagem semi-autógena e autógena usados. Moinhos de barras e bolas usados. Investimento e custos operacionais de equipamentos de moagem são altos; economia grande parte no planejamento do grau de britagem/moagem. Outros fatores: valor de concentração do minério, mineralogia, dureza, umidade. Moagem em circuito fechado minimiza supermoagem de minério muito friável. Quanto maior carga circulante, menor supermoagem.

Lavagem e Esfrega Úmida (Wet Scrubbing)

Processo primitivo e amplamente usado em minério lump para desalojar e remover materiais lateríticos friáveis e macios, materiais finos e partículas de argila limonítica aderidas ao minério. Esfrega úmida também útil em minérios duros e porosos, que invariavelmente têm cavidades/poros preenchidos com material argiloso necessitando remoção substancial.

Separação Gravítica

Usada onde minerais portadores de ferro estão livres de ganga associada. Gravidade específica de minerais de ferro usualmente maior que ganga. Eficiência depende de britagem e dimensionamento adequados para garantir alimentação de tamanho próprio ao equipamento e remoção de lodo. Grande número de equipamentos/processos baseados em gravidade. Alguns descritos:

• Separação por mídia densa (DMS) – Também separação por mídia pesada. Para minérios grossos (3–50 mm). Ferro-silício moído -300 mesh usado como suspensão para densidade de corte 3–3,2, suficiente para ganga flutuar e separar. Material de suspensão recuperado por separadores magnéticos baixa intensidade (LIMS). Alimentação deve ser dura e compacta com ganga não porosa.
• Ciclone de mídia pesada – Para finos de minério (0,2–6 mm). Separador ciclone usa forças centrífuga e gravitacional. Ferro-silício -325 mesh usado como mídia.
• Jigging – Técnica de concentração gravítica onde minério separado em frações leve, média e pesada. Fração de tamanho: 0,5–30 mm.
• Espirais – Concentradores espirais são dispositivos de separação por filme fluido. Operação contínua: fluxo laminar gravitacional em superfície inclinada. Mecanismo envolve fluxos primário e secundário. Primário: polpa fluindo sob gravidade. Secundário: radial através do canal. Camadas superiores (partículas densas) movem-se para fora; camadas inferiores (concentrado denso) movem-se para centro. Espirais requerem adição de água em vários pontos para lavagem, transportando ganga leve do minério denso. Quantidade e distribuição de água ajustáveis. Controle de ponto minimiza água total direcionando eficientemente água na polpa no ângulo mais efetivo. Tamanho alimentação: 0,3–1 mm. Operados a densidade de polpa 25–30% sólidos.
• Mesas – Ampla aplicação em tratamento gravítico. Usadas em circuitos de limpeza e varredura. Tamanho alimentação: 0,3–1 mm. Operadas a 25–30% sólidos.
• Concentrador multi-gravidade – Em desenvolvimento, projetados para tratar finos e ultrafinos. Úteis para processar valores de lamas e rejeitos.
• Ciclones – Vários tipos: hidro-ciclone, ciclone stub, ciclone mídia pesada. Custo-efetivos, construção simples. Partes principais: diâmetro, bocal de entrada, localizador de vórtice, seção cilíndrica e cônica. Relação geométrica adequada entre diâmetro, área entrada, localizador vórtice, orifício ápice, comprimento suficiente para tempo de retenção para classificar partículas. À medida que alimentação entra, rotação da polpa inicia, forças centrífugas aceleram partículas para parede externa. Partículas migram para baixo em espiral através seção cilíndrica e cônica. Neste ponto, partículas menor massa migram para centro e espiral para cima e fora pelo localizador vórtice, descarregando pelo tubo de overflow. Produto (partículas finas e maioria da água) = overflow, descarregado à pressão atmosférica. Partículas maior massa permanecem em espiral descendente nas paredes da seção cônica e saem pelo orifício ápice. Produto = underflow, também descarregado à pressão atmosférica.

Separação Magnética

Tecnologias de separação magnética aproveitam diferença nas propriedades magnéticas para separar minério de ferro de ganga não magnética. Pode ser em ambiente seco ou úmido, embora sistemas úmidos mais comuns.

Operações categorizadas como baixa ou alta intensidade. Separadores baixa intensidade usam campos 1.000–3.000 gauss. Técnicas baixa intensidade normalmente usadas em minério magnetita como método barato e eficaz. Separadores alta intensidade empregam campos até 20.000 gauss. Usado para separar minérios fracamente magnéticos como hematita, de ganga não magnética ou menos magnética. Outros fatores importantes: tamanho de partícula e teor de sólidos da polpa de alimentação.

Tipicamente envolve três estágios: (i) cobbing, (ii) limpeza/roughing, (iii) acabamento. Cada estágio pode empregar vários tambores em série para melhorar eficiência. Cada estágio sucessivo trabalha em partículas mais finas devido à remoção de partículas sobredimensionadas em separações anteriores. Cobbers trabalham em partículas maiores e rejeitam percentual substancial da alimentação como rejeitos.

Vários tipos de tecnologias:

• Separação magnética baixa intensidade úmida e seca (LIMS)
• Separação magnética alto gradiente (HGMS)
• Separação magnética alta intensidade úmida (WHIMS)
• Separadores magnéticos de rolo para minérios fracamente magnéticos
• Separação magnética por indução (IRMS) para concentração de minérios secos

Processo de Flotação

Usa técnica onde partículas de um mineral ou grupo aderem preferencialmente a bolhas de ar na presença de reagente químico. Alcançado usando reagentes que reagem preferencialmente com mineral desejado. Fatores importantes: uniformidade de tamanho de partícula, reagente compatível com mineral, condições de água que não interfiram na fixação do reagente ao mineral ou bolha.

Hoje flotação principalmente usada para升级 concentrados resultantes de separação magnética. Flotação como único método beneficiamento usada raramente.

Reagentes químicos: três grupos principais: (i) coletores/aminas, (ii) espumantes, (iii) antiespumantes. Podem ser adicionados em formas: sólido, emulsão líquido imiscível, solução aquosa. Concentração deve ser controlada de perto durante condicionamento; excesso retarda reação e reduz eficiência. Fatores afetando condicionamento: mistura e dispersão completa dos reagentes na polpa, contato repetido entre reagentes e todas partículas relevantes, tempo para desenvolvimento de contatos reagentes-minério para reações desejadas.