Minérios de Ferro: Tipos, Distribuição e Práticas de Mineração

Entendendo os Minérios de Ferro e sua Mineração

O ferro (Fe) é um elemento abundante e amplamente distribuído na crosta terrestre, constituindo em média de 2% a 3% em rochas sedimentares e até 8,5% em basaltos e gabros. Seu suprimento é essencialmente ilimitado em quase todas as regiões do mundo.

No entanto, a maior parte desse ferro não se encontra em forma utilizável nas atuais práticas siderúrgicas. Portanto, apenas a fração do ferro total na crosta que está disponível para a indústria do aço — tanto econômica quanto espacialmente — pode ser corretamente denominada minério de ferro. O que constitui minério de ferro varia amplamente de lugar para lugar e de época para época. Diversos fatores determinam se um mineral ferrífero pode ser classificado como minério, mas, fundamentalmente, é uma questão de economia. Tendo esse conceito em mente, uma definição lógica de minério de ferro para fins comerciais é: material contendo ferro que pode ser utilizado economicamente em um determinado lugar e tempo, sob as atuais condições de custo e preço de mercado.

Teor Mínimo e Principais Minerais

Como o ferro está presente em muitas áreas, tem valor relativamente baixo; assim, um depósito deve ter alta porcentagem de Fe para ser considerado de grau minério. Com o advento de métodos aprimorados de beneficiamento, concentração e aglomeração, a variedade de materiais ferríferos utilizáveis expandiu-se, e muitos materiais de baixo teor antes considerados antieconômicos agora são classificados como minério de ferro. Tipicamente, um depósito deve conter pelo menos 25% de Fe para ser considerado economicamente recuperável.

Mais de 300 minerais contêm ferro, mas cinco são as fontes primárias de minério de ferro:

1. Magnetita (Fe₃O₄)
2. Hematita (Fe₂O₃)
3. Goethita (Fe₂O₃·H₂O)
4. Siderita (FeCO₃)
5. Pirita (FeS₂)

As três primeiras são de maior importância devido à sua ocorrência em grandes depósitos economicamente exploráveis. Contudo, a maior parte do minério de ferro extraído no mundo enquadra-se nas duas primeiras categorias.

Hematita

Composição química Fe₂O₃, correspondendo a 69,94% de ferro e 30,06% de oxigênio. Cor varia de cinza-aço a vermelho opaco ou vermelho brilhante; pode ser terrosa, compacta ou cristalina. Gravidade específica: 5,26. Variedades comuns: cristalina, especular, martita (pseudomorfa após magnetita), maghemita (óxido férrico magnético), terrosa, ocre e compacta. A hematita é um dos minérios de ferro mais importantes, ocorrendo em muitos tipos de rochas (veios, ígneas, metamórficas, sedimentares) e como produto de intemperismo da magnetita. Depósitos de baixo teor de hematita cristalina disseminada têm sido tratados com sucesso por gravidade e flotação para produzir concentrados de alta qualidade.

Magnetita

Composição química Fe₃O₄, correspondendo a 72,36% de ferro e 27,64% de oxigênio. Cor cinza-escuro a preto, gravidade específica 5,16–5,18. É fortemente magnética, às vezes com polaridade, atuando como ímã natural. Ocorre em rochas ígneas, metamórficas e sedimentares. A propriedade magnética permite exploração por métodos magnéticos e separação magnética da ganga, produzindo concentrado de alta qualidade. Tornou-se cada vez mais importante devido a avanços nas técnicas de concentração magnética e uso expandido de produtos de alto teor.

Mineração de Minérios de Ferro

A mineração (extração), beneficiamento e processamento do minério de ferro produzem ferro e aço. Mineração é definida como a remoção do material de minério de um depósito, abrangendo todas as atividades anteriores ao beneficiamento. Minérios de alto teor (teor de ferro > 62%) são simplesmente britados, peneirados e enviados diretamente à unidade de produção de ferro (ex.: alto-forno). Minérios de baixo teor necessitam de beneficiamento além de britagem, peneiramento e lavagem para elevar o teor de ferro. Para ser competitiva, a mineração de ferro deve ser feita em escala muito grande. Dois métodos são comumente empregados:

1. Mineração a céu aberto (superfície)
2. Mineração subterrânea (de poço)

A escolha depende da proximidade do corpo de minério à superfície. A maioria do ferro minerado no mundo é exclusivamente por métodos a céu aberto, embora existam minas subterrâneas em operação. Dois métodos básicos de mineração a céu aberto para extrair minério de depósitos superficiais: cava a céu aberto (open pit) e corte a céu aberto (open cut). Quase todas as grandes minas de ferro do mundo, com poucas exceções, operam pelo método de cava a céu aberto.

Recursos Necessários

O processo exige recursos massivos: equipamentos industriais pesados e mão de obra qualificada. Equipamentos incluem: tratores de esteira, scrapers, caminhões fora-de-estrada (heavy haulers), dumpers, carregadeiras frontais, escavadeiras hidráulicas, pás hidráulicas e elétricas (de arranque e carregamento), draglines, escavadeiras de roda de balde, dragas, caminhões-pipa, perfuratrizes de furo de desmonte (brocas rotativas com bits de diamante) e transportadores de correia de alta capacidade. Além disso, britadores e peneiras com equipamentos associados são necessários para britagem e peneiramento do minério até o produto comercializável.

Planejamento e Desenvolvimento

O processo — da descoberta do depósito à extração e recuperação da área — consiste em etapas distintas:

1. Descoberta: prospecção/exploração para definir extensão, localização e valor do corpo de minério.
2. Estimativa de recursos: modelagem matemática para estimar tamanho e teor do depósito.
3. Identificação do minério: perfuração diamantada em grade a vários metros de profundidade; amostras de núcleo analisadas e categorizadas para que engenheiros de minas desenvolvam o plano de lavra.
4. Desenvolvimento da mina: planejamento para avaliar porção economicamente recuperável, características metalúrgicas, recuperabilidade, preocupações de engenharia, britagem e infraestrutura. A proporção recuperável depende do fator de enriquecimento do minério na área.
5. Remoção de estéril: para acessar o depósito, muitas vezes é necessário remover material sem interesse imediato. O movimento total de minério e estéril constitui o processo de mineração; frequentemente mais estéril que minério é movido durante a vida da mina. A remoção e disposição de estéril é um custo operacional maior.
6. Conhecimento detalhado do depósito: ocorrência geral, tamanho e forma são determinados na exploração; detalhes são refinados no desenvolvimento. É necessário determinar posição e natureza de estruturas geológicas que afetam a distribuição e disponibilidade do minério.
7. Planos operacionais: com informações detalhadas, várias combinações de planos são estudadas usando mapas e seções. Computadores são usados para estimativas de tonelagem e planos detalhados, permitindo avaliações comparativas de métodos e cronogramas.
8. Planejamento da produção: gerar fluxo constante de minério com composição consistentemente próxima às metas de teor. Planos são tentativos, sujeitos a revisão conforme o corpo de minério é exposto durante a lavra.
9. Modelo de blocos retangulares: planejamento baseado em blocos retangulares (ex.: 50 m × 50 m horizontal × 10 m vertical). Para cada bloco, estima-se teor (Fe, contaminantes como Al₂O₃, SiO₂, P). O modelo evolui com dados de perfuração de preenchimento, furos de desmonte e ensaios de minério britado.

Mineração a Céu Aberto (Open Pit)

Métodos de mineração superficial extraem minério de depósitos expostos. O depósito é exposto pela remoção de uma camada de terra, às vezes apenas alguns metros de espessura. Esse material a ser removido é o estéril de cobertura (overburden), que pode consistir de material não consolidado, rocha, argila, cascalho e material de baixo teor.

A profundidade da cava depende do teor do minério, natureza do estéril e razão de estéril (stripping ratio) — quantidade de estéril e rejeito manuseada por unidade de minério extraída. Razões de estéril econômicas variam amplamente: para minérios de embarque direto (direct shipping), pode chegar a 6:1 ou 7:1; para minérios de baixo teor, razão inferior a 1,5:1 costuma ser o limite econômico.

Etapas da Mineração a Céu Aberto

1. Descobertura: estéril carregado por pás hidráulicas grandes em caminhões de produção, levado a pilhas de estéril projetadas ambientalmente.
2. Escavação contínua: remoção de estéril pode continuar durante grande parte da vida da mina, à medida que as paredes são recuadas para aprofundar a cava. Materiais não consolidados escavados por pás, draglines ou scrapers; outros materiais geralmente com pás hidráulicas.
3. Extração por bancadas (benches): minério extraído progressivamente ao longo de degraus que dão acesso a minério mais profundo. Após limpeza do solo e rocha suprajacente, o minério é perfurado e desmontado.
4. Perfuração e desmonte: quebram material consolidado em tamanhos manipuláveis por equipamentos e instalações de britagem/peneiramento; também soltam bancadas de minério à frente das pás para aumentar eficiência de carregamento. Padrão de perfuração específico; perfuratrizes mecanizadas de grande porte. Furos típicos: 400 mm de diâmetro, 10–12 m de profundidade; ~400 furos por padrão de desmonte.
5. Explosivos: requisitos: combustão completa sem oxigênio externo. Antigamente: nitroglicerina, material carbonáceo, agente oxidante. Hoje: misturas de nitrato de amônio e óleo combustível (ANFO), detonadas por caps/primers de alto explosivo; em alguns casos, cartuchos de emulsão ou gel.
6. Detonação: área liberada; furos detonados com intervalos de milissegundos, produzindo pilha de minério bruto fragmentado até ~2 m × 2 m. As cavidades resultantes são as "cavas a céu aberto".
7. Carregamento e transporte: minério fraturado = ROM (run-of-mine). Carregado por pás elétricas gigantes, escavadeiras hidráulicas ou carregadeiras frontais em caminhões de grande capacidade, levado à estação de britagem e peneiramento.

Britagem e Peneiramento

Minério de grau comercial deve ser dimensionado adequadamente antes de carregar no alto-forno. Tecnologia atual comumente requer britagem e peneiramento de minério de lump (pedra direta) mais fino que 10 mm e mais grosso que 30 mm. Tamanho específico baseado nas características do minério para manter alta permeabilidade da coluna e tempo suficiente para redução do material mais grosso. Britagem e peneiramento são parte integrante das instalações de produção.

• Muitas minas empregam 2–3 estágios de britagem.
• Britador primário pode ficar na mina, com transportadores levando o britado aos britadores secundário/terciário ou diretamente aos moinhos.
• Estágios reduzem o minério de vários pés de diâmetro (primário) para 6 polegadas até 1/2 ou 3/8 de polegada (produto final).
• Produto do britador alimenta a moagem para redução adicional.
• Britagem comumente envolve britador de mandíbulas primário com britadores secundários em circuito fechado com peneiras vibratórias.
• Seleção de equipamentos determinada pela friabilidade do minério.
• Operações de peneiramento em minérios de alto teor são secas, exceto quando a fração fina pode ser efetivamente melhorada por deslamagem.
• Finos <10 mm produzidos são aglomerados principalmente por sinterização, ou moídos para pelotização.

Programa de mineração visa produto uniforme. Etapas de manuseio e embarque muitas vezes não fornecem mistura suficiente para atender padrões de garantia de qualidade das usinas siderúrgicas, especialmente quando consistência de tamanho e química são especificadas. Instalações sofisticadas de homogeneização e carregamento são agora quase universalmente fornecidas.

Sistemas de empilhamento e recuperação: empilhamento resulta em camadas de minérios que podem diferir em consistência de tamanho ou composição química. A pilha alongada é construída até altura limitada pela capacidade do empilhador. O minério pode ser recuperado por escavadeiras de roda de balde, carregadeiras frontais ou scraper com transportador transversal. A remoção da face da pilha resulta em fluxo de material que é uma mistura uniforme de minério de todas as camadas. O minério homogeneizado é então despachado aos clientes.

As várias etapas da mineração são mostradas na Figura 1.

Figura 1 – Etapas da mineração a céu aberto de minério de ferro

Questões Ambientais

Materiais gerados na mineração a céu aberto incluem estéril de cobertura, rejeito rochoso e água de mina. Outros resíduos: pequenas quantidades de óleo e graxa derramados durante a extração. Água de mina geralmente contém constituintes dissolvidos ou suspensos semelhantes aos do corpo de minério: traços de Al, Sb, As, Be, Cd, Cr, Cu, Mn, Ni, Se, Ag, S, Ti, Zn.

A água causa diversos problemas nas operações. Exceto em casos raros (mineração em topos de colinas ou condições desérticas), a água deve ser coletada em sumps, poços ou trabalhos subterrâneos e bombeada para fora. Essa água de drenagem é frequentemente utilizada diretamente para compensar perdas nas operações de concentração.