Noções básicas sobre minérios de ferro e mineração de minério de ferro

Compreendendo minérios de ferro e mineração de minério de ferro

O ferro (Fe) é um elemento abundante e amplamente distribuído na crosta terrestre, constituindo em média de 2% a 3% em rochas sedimentares a 8,5% em basalto e gabro. Sua oferta é essencialmente ilimitada em quase todas as regiões do mundo.

No entanto, a maior parte desse ferro não está em uma forma que possa ser usada nas práticas atuais de fabricação de ferro. Portanto, apenas a parte do ferro total na crosta terrestre que está disponível para a indústria siderúrgica, tanto econômica quanto espacialmente, pode ser corretamente chamada de minério de ferro. No entanto, o que constitui minério de ferro varia muito de lugar para lugar e de tempos em tempos. Existem muitos fatores que determinam se o minério de ferro pode ser classificado como um minério de ferro, mas basicamente é uma questão de economia. Mantendo esse conceito em mente, uma definição lógica de minério de ferro para fins comerciais é "material de rolamento de ferro que pode ser usado economicamente em um determinado local e tempo sob as condições atuais de custo e preço de mercado".





Como o ferro está presente em muitas áreas, é de valor relativamente baixo e, portanto, um depósito deve ter uma alta porcentagem de Fe para ser considerado como minério. Com o advento de métodos aprimorados de beneficiamento, concentração e aglomeração, a variedade de materiais de rolamento de ferro que agora podem ser usados ​​foi ampliada e muitos tipos de materiais de baixo teor que antes eram considerados antieconômicos, agora estão sendo considerados como minério de ferro. Normalmente, um depósito deve conter pelo menos 25% de Fe para ser considerado economicamente recuperável.

Mais de 300 minerais contêm ferro, mas cinco minerais são as principais fontes de minério de ferro. Eles são (i) magnetita (Fe3O4), (ii) hematita (Fe2O3), (iii) goetita (Fe2O3.H2O), (iv) siderita (FeCO3) e (v) pirita (FeS2). Os três primeiros são de grande importância devido à sua ocorrência em grandes jazidas economicamente lavráveis. No entanto, a maior parte do minério de ferro extraído em todo o mundo se enquadra nas duas primeiras categorias.

A hematita possui uma composição química de Fe2O3 correspondente a 69,94% de ferro e 30,06% de oxigênio. Tem uma cor de cinza aço a vermelho fosco ou vermelho brilhante, pode ser terroso, compacto ou cristalino e tem uma gravidade específica de 5,26. As variedades comuns são denominadas cristalina, especular, martita (pseudomórfica após magnetita), maghemita (óxido férrico magnético), terrosa, ocre e compacta. A hematita é um dos minérios de ferro mais importantes. Tem uma ampla ocorrência em muitos tipos de rochas e é de origens variadas. Ocorre associado a depósitos de veios, rochas ígneas, metamórficas e sedimentares, e como produto do intemperismo da magnetita. Alguns depósitos de baixo teor de hematita cristalina disseminada foram tratados com sucesso por técnicas de gravidade e flotação para produzir concentrados de alta qualidade.

A magnetita possui composição química de Fe3O4, correspondendo a 72,36% de ferro e 27,64% de oxigênio. Tem uma cor de cinza escuro a preto e uma gravidade específica de 5,16 a 5,18. É fortemente magnético, às vezes possuindo polaridade, de modo que atuará como um ímã natural. A magnetita ocorre em rochas ígneas, metamórficas e sedimentares. A propriedade magnética da magnetita é importante, pois permite a exploração por métodos magnéticos e possibilita a separação magnética da magnetita dos materiais de ganga para produzir um concentrado de alta qualidade. Tornou-se cada vez mais importante como fonte de ferro devido às melhorias contínuas nas técnicas de concentração magnética e no uso expandido de produtos de alta qualidade.

Mineração de minério de ferro

A mineração (extração), beneficiamento e processamento de minério de ferro produz ferro e aço. A mineração é definida como a remoção de material de minério de um depósito e engloba todas as atividades anteriores ao beneficiamento. Minérios de ferro de alto teor (teor de ferro superior a 62%) são simplesmente triturados, peneirados e enviados diretamente para a unidade de produção de ferro (por exemplo, alto-forno). Minérios de ferro de baixo teor contendo menor teor de ferro precisam de atividades de beneficiamento além de britagem, peneiramento e lavagem para aumentar seu teor de ferro. Para ser competitiva, a mineração de minério de ferro precisa ser feita em grande escala. Existem dois métodos de mineração que são comumente empregados. São elas (i) mineração de superfície, (ii) mineração subterrânea ou de poço.

A decisão de empregar técnicas de mineração subterrânea ou de superfície depende da proximidade do corpo de minério à superfície. A maioria do minério de ferro extraído em todo o mundo é exclusivamente por técnicas de mineração de superfície. No entanto, também existem algumas minas de ferro subterrâneas em operação no mundo. Existem dois métodos básicos de mineração de superfície projetados para extrair minério de ferro de depósitos de superfície. Estes são métodos a céu aberto e corte a céu aberto. Quase todas as grandes minas de minério de ferro do mundo, com exceção de algumas, estão sendo exploradas por métodos a céu aberto.

O processo de mineração de minério de ferro requer recursos maciços. Esses recursos incluem equipamentos industriais pesados ​​de mineração e mão de obra qualificada. Os equipamentos utilizados incluem tratores, raspadeiras, caminhões de transporte (transportadores pesados), dumpers, carregadores frontais, escavadeiras hidráulicas, pás hidráulicas e elétricas (pás de decapagem, pás de carregamento), draglines, escavadeiras de roda de caçamba, dragas, caminhões-tanque, perfuratrizes (brocas rotativas de diamante) e transportadores pesados. Além de britadores e peneiras com equipamentos associados são necessários para britagem e peneiramento de minério para produto comercializável.

Planejamento e desenvolvimento

O processo de mineração de minério de ferro desde a descoberta de um corpo de depósito de minério de ferro até a extração de minérios de ferro e finalmente o retorno da terra ao seu estado natural consiste em várias etapas distintas. A primeira é a descoberta da jazida de minério de ferro, que é realizada por meio de prospecção ou exploração para encontrar e, em seguida, definir a extensão, localização e valor do corpo de minério. Isso leva a uma estimativa de recursos matemáticos para estimar o tamanho e a nota do depósito.

A mineração de minério de ferro começa no nível do solo. O minério é identificado por amostras de núcleo de perfuração de diamante em uma grade de vários metros na terra. a rocha de minério de ferro compreende uma porcentagem substancial de ferro e o restante são impurezas como alumina e sílica. Essas amostras são analisadas e categorizadas para que os engenheiros de mineração possam desenvolver com precisão um plano de mina.

O desenvolvimento da mina inclui o planejamento da mina para avaliar a porção economicamente recuperável do depósito, as características metalúrgicas dos minérios, recuperabilidade do minério, preocupações de engenharia, britagem e requisitos de infraestrutura. A proporção de um depósito que é economicamente recuperável depende do fator de enriquecimento do minério na área.

Para obter acesso ao depósito mineral dentro de uma área, muitas vezes é necessário minerar ou remover materiais residuais que não sejam de interesse imediato. A movimentação total de minério e estéril constitui o processo de mineração. Muitas vezes, mais resíduos do que minério são extraídos durante a vida de uma mina, dependendo da natureza e localização do corpo de minério. A remoção e colocação de resíduos é um grande custo para a operação de mineração.

A ocorrência geral, tamanho e forma de um depósito de minério de ferro são determinados durante a fase de exploração. O conhecimento do depósito é determinado com mais detalhes através do trabalho de desenvolvimento. Muitas vezes, durante o desenvolvimento de uma mina, é necessário determinar, em detalhes consideráveis, a posição e a natureza das estruturas geológicas que afetam a distribuição e disponibilidade do minério.

Após a obtenção de informações detalhadas suficientes, várias combinações de planos operacionais são estudadas usando mapas e seções preparadas para esse fim. Estes mostram o tamanho e a forma do corpo do minério, as composições do minério e os resultados dos testes de laboratório. A partir dessas representações gráficas, as quantidades de minérios e estéreis são determinadas pela aplicação de fatores de peso volumétrico. Os computadores são comumente usados ​​na preparação de estimativas de tonelagem e na preparação de planos de mineração detalhados. Através do uso desses sistemas, são feitas avaliações comparativas de vários métodos e planos de lavra para determinar o plano mais favorável para cada jazida em particular e para agendar a lavra da jazida.

Assim, é necessário planejar a produção da mina de forma a gerar um fluxo constante de minério de ferro cuja composição esteja consistentemente próxima dos teores alvo. Essa necessidade impulsiona o processo de desenvolvimento de um prospecto de exploração em um projeto de mineração viável. Como a composição do depósito de minério só pode ser amostrada grosseiramente antes da mineração, e porque as condições econômicas e financeiras tendem a ser bastante voláteis, qualquer plano de mina é, na melhor das hipóteses, provisório, sujeito a revisão à luz da mudança de conhecimento sobre o depósito de minério. à medida que é progressivamente exposto durante as operações de mineração.

O desenvolvimento e planejamento da mina não cessa quando a produção começa, devido à necessidade de responder às mudanças de condições decorrentes do desdobramento do conhecimento sobre a jazida, gerado à medida que mais furos proporcionam mais ensaios distribuídos ao longo do volume da jazida. é minerado.

O planejamento, desenvolvimento e operação de uma mina a céu aberto geralmente são baseados em um modelo de blocos retangulares. Este modelo de bloco compreende um conjunto de blocos retangulares, com dimensões correspondentes à menor unidade lavrável, diz 50 metros quadrados na horizontal por 10 metros na vertical. Para cada bloco, são feitas estimativas do teor (ferro, mais cada um dos contaminantes como alumina, sílica e fósforo).

O modelo de blocos é um sistema de informação evolutivo e adaptável. É baseado inicialmente na interpolação de dados de amostras colhidas durante a perfuração exploratória. Durante o desenvolvimento e operação da mina, o modelo de bloco é continuamente revisado pela perfuração de preenchimento, dados de furos de detonação perfurados para colocação de explosivos e dos ensaios do minério extraído à medida que é britado e analisado. Em qualquer estágio da operação, as decisões de seleção e sequenciamento de lavra devem ser baseadas nas informações do modelo de bloco imperfeito atualmente disponível, de modo a produzir minério para embarque que corresponda ao teor alvo dentro das tolerâncias especificadas.

Mineração a céu aberto

Os métodos de mineração de superfície são projetados para extrair minério de depósitos de superfície. O depósito de minério é exposto pela remoção de uma camada de terra, às vezes com apenas alguns metros de espessura. Este material que precisa ser removido é conhecido como ‘sobrecarga’. A sobrecarga pode consistir em material não consolidado, rocha, argila, cascalho e material de minério magro. A profundidade para a qual a mineração a céu aberto é realizada depende do teor do minério, da natureza do estéril e da taxa de decapagem. A taxa de decapagem é a quantidade de estéril e resíduos que devem ser manuseados para cada unidade de minério extraída. É descrito como a unidade de estéril que deve ser removida para cada unidade de minério bruto lavrada. Os índices de stripping aumentam com a qualidade do minério que está sendo lavrado e com os fatores de custo relacionados ao beneficiamento e transporte.

A taxa de extração econômica varia muito de mina para mina, dependendo de vários fatores. No caso de minérios de transporte direto, pode chegar a 6:1 ou 7:1. No caso de minério de baixo teor, uma relação de decapagem inferior a 1,5:1 é frequentemente considerada como um limite econômico.

Para a mineração do minério de ferro, é essencial descobrir a área da mina, primeiro desnudando o estéril. O estéril é carregado por grandes pás hidráulicas em caminhões de produção, que o transportam para os lixões de contorno. Esses lixões são ambientalmente projetados para combinar com a área circundante.

Na mineração a céu aberto, a remoção de estéril pode continuar por grande parte da vida de uma mina, pois as paredes do poço são cortadas para permitir o aprofundamento da mina para recuperar o minério no fundo. Os materiais não consolidados são escavados por pás mecânicas, draglines ou raspadores mecânicos, dependendo das condições locais. Outros materiais são geralmente escavados com pás mecânicas.

O minério é extraído de grandes minas a céu aberto por extração progressiva ao longo de degraus ou bancadas. As bancadas dão acesso ao minério progressivamente mais profundo, à medida que o minério do nível superior é removido. Depois que o solo e a rocha sobrejacente são limpos, o minério é perfurado e detonado. O objetivo do desmonte é expor o corpo de minério para extração ou criar aproximações (passagens horizontais) que podem ser usadas para acessar o corpo de minério. O jateamento também é usado para quebrar o minério.

Perfuração e detonação são feitos para quebrar materiais consolidados em tamanhos capazes de serem manuseados por equipamentos de mineração, bem como instalações de britagem e peneiramento. Às vezes, também é feito para soltar os bancos de minério antes das escavadeiras para aumentar a eficiência do carregamento.

A porção do corpo de minério a ser removida é primeiro perfurada em um padrão específico. A perfuração é realizada com grandes perfuratrizes mecanizadas. O principal objetivo das operações de perfuração é criar um buraco de diâmetro, profundidade e direção adequados na rocha para que os explosivos sejam colocados para atividades de detonação. Normalmente, os furos de detonação perfurados têm 400 mm de diâmetro e cerca de 10 a 12 metros de profundidade. Cerca de 400 furos são perfurados em um padrão de explosão.

Antes da explosão, os furos perfurados são preenchidos com misturas explosivas. O principal requisito para um explosivo a ser usado na desmonte de minas é a capacidade de atingir a combustão completa sem um suprimento externo de oxigênio. No passado, os explosivos usados ​​na detonação eram compostos de nitroglicerina, material carbonáceo e um agente oxidante. Hoje, os explosivos mais comuns usados ​​são misturas de fertilizantes de nitrato de amônio e óleo combustível (chamado ANFO). O explosivo é detonado por um detonador de alto explosivo e/ou primer. Em alguns casos, são usados ​​cartuchos explosivos de emulsão ou gel.

Uma vez preparado, o local da mina é limpo de trabalhadores e equipamentos, e a explosão é detonada. Cada um dos buracos é detonado com apenas um milissegundo de distância, resultando em uma pilha de minério de ferro bruto que é quebrada em um tamanho de menos 2 m x 2 m. Os buracos largos no solo criados pela perfuração, detonação e remoção de minério são chamados de 'poços abertos'.

Após a detonação, o minério fraturado é conhecido como minério run of mine (ROM). O minério ROM é carregado por enormes pás elétricas, escavadeiras hidráulicas ou carregadeiras frontais em caminhões basculantes de grande capacidade, que o transportam para a estação de britagem e peneiramento.

Esmagamento e peneiramento

O minério de ferro de grau comercializável deve ser adequadamente dimensionado antes de ser carregado no alto-forno. A tecnologia atual de alto-forno geralmente requer britagem e peneiramento de minério granulado de carga direta mais fino que 10 mm e mais grosso que 30 mm. O tamanho específico selecionado é baseado nas características do minério e é especificado de forma a manter a alta permeabilidade da pilha e também permitir tempo suficiente para a redução do material mais grosso. Consequentemente, a britagem e peneiramento são parte integrante das instalações de produção de minério.

Muitas minas empregam dois a três estágios de britagem. Algumas minas possuem o britador primário localizado na mina, utilizando transportadores para transportar o minério britado para os britadores secundários e terciários ou diretamente para as usinas. Os estágios de britagem reduzirão o minério de ferro de vários pés de diâmetro no estágio primário para seis polegadas até meio ou três oitavos de polegada como produto final. O produto do britador é alimentado na operação de moagem para redução adicional de tamanho

A britagem geralmente envolve um britador de mandíbula primário com britadores secundários operando em circuito fechado com peneiras vibratórias. A seleção do equipamento é determinada em grande parte pela friabilidade do minério. A maioria das operações de peneiramento em minérios de alto teor são secas, exceto quando a fração de finos pode ser efetivamente aprimorada por deslamagem.

Os finos de menos 10 mm produzidos por britagem e peneiramento são mais comumente aglomerados por sinterização, ou às vezes moídos para peletização.

O programa de mineração em minas individuais é desenvolvido para produzir um produto uniforme. Embora existam várias etapas de manuseio envolvidas na maioria dos sistemas de carregamento e envio, elas geralmente não fornecem mistura suficiente para atender aos padrões de garantia de qualidade agora exigidos pelas siderúrgicas, especialmente se a consistência do tamanho e os padrões químicos forem especificados. Sofisticadas instalações combinadas de mistura e carregamento são agora quase universalmente fornecidas nas minas de minério de ferro.

Os sistemas de empilhamento e recuperação são usados ​​com bastante frequência. O empilhamento resulta na estratificação dos minérios de ferro. Cada camada sucessiva representa um minério de ferro que pode diferir em consistência de tamanho ou composição química das camadas adjacentes. A pilha alongada é construída até uma altura limitada pela capacidade de empilhamento da empilhadeira. O minério pode então ser recuperado para uso por escavadeiras de roda de caçamba, carregadeiras frontais ou um transportador transversal raspador. A remoção do minério da face da pilha resulta em um fluxo de material que é uma mistura uniforme de minério de todas as camadas. O minério misturado é então despachado para os clientes.

As várias etapas na mineração são mostradas na Figura 1.

Fig 1 Etapas na mineração a céu aberto de minério de ferro

Questões ambientais

Os materiais gerados como resultado da mineração a céu aberto incluem estéril, estéril e água da mina. Outros resíduos podem incluir pequenas quantidades de óleo e graxa derramados durante a extração. A água da mina geralmente contém constituintes dissolvidos ou suspensos semelhantes aos encontrados no próprio corpo de minério. Estes podem incluir traços de alumínio, antimônio, arsênico, berílio, cádmio, cromo, cobre, manganês, níquel, selênio, prata, enxofre, titânio e zinco.

A água causa uma variedade de problemas nas operações de mineração de minério de ferro. Exceto em casos raros, como na mineração no topo da colina ou na mineração em condições desérticas, a água deve ser coletada em poços, poços ou obras subterrâneas e bombeada para fora da mina. Essa água de drenagem é frequentemente utilizada diretamente para compensar as perdas de água nas operações de concentração.