Otimização de Minério de Ferro de Baixo Teor: Técnicas de Jigue para Beneficiamento Eficaz

Recursos de minério de ferro são consumidos em taxa acelerada devido ao crescimento da produção de ferro e aço. A disponibilidade de minério de alto teor diminui, e o fornecimento às usinas declina. O cenário muda para uso de minérios de baixo teor e lamas estocadas em minas. Alguns minérios têm composição mineralógica complexa e não respondem a técnicas convencionais. Processos modernos permitem enriquecimento eficaz e de baixo custo de lump, finos e ultrafinos.

Contexto e Preparação

Minério "run-of-mine" (ROM) contém grande percentual de materiais a remover por beneficiamento. A extensão das técnicas depende do nível e natureza dos diluentes e distribuição da ganga. A liberação do minério é etapa essencial. Para seleção de técnicas, é necessária avaliação mineralógica para conhecer associação de ganga, granulometria, etc.

Principais dificuldades no processamento de minérios de baixo teor: características mineralógicas, natureza branda de alguns minérios, alto teor de sílica e/ou alumina. Outros problemas: baixa liberação, alto teor de minerais hidroxilados (goethita, limonita) com alta perda à ignição (LOI). Baixa liberação requer moagem fina para liberar mineral de ferro e ganga.

A escolha do tratamento depende da natureza da ganga e sua associação com a estrutura do minério. Métodos: jigue, lavagem, separação magnética, gravítica, flotação. Usados em combinações variadas.

Técnicas de Concentração Gravítica

Beneficiamento utiliza princípios de separação por gravidade, flotação e métodos magnéticos. Enriquecimento por concentração gravítica é uma das técnicas mais antigas e econômicas. Embora flotação e separação magnética sejam usadas, não tornaram a concentração gravítica obsoleta. Processos baseados em separação gravítica são extensivamente usados no beneficiamento de ferro por seu baixo custo, facilidade de operação e natureza ecológica.

Técnicas baseadas em velocidades diferenciais de sedimentação. Velocidade governada por peso (volume e densidade), empuxo e arrasto. Mais comuns: mesas vibratórias, jigues e espirais.

Em alguns lugares, torrefação redutora de hematita de baixo teor converte em minério magnético antes da separação magnética. Outro método: meio denso em leito fluidizado gás-sólido para enriquecimento. Meio denso e pressão de fluidização dependem das características do minério.

Preparação: Britagem, Moagem e Peneiramento

Etapa essencial para liberação de partículas enriquecidas em ferro. Britagem: primária, secundária, terciária, quaternária (mandíbulas, giratórios, cônicos, rolos). Moagem: circuitos semi-autógenos e autógenos; moinhos de barras e bolas. Custos de capital e operação de moagem são altos; economia determina grau de britagem/moagem. Outros fatores: valor do minério, mineralogia, dureza, umidade. Moagem em circuito fechado minimiza supermoagem de minérios friáveis.

Processo de Jigue

Processo de concentração em fluido cuja eficácia depende das diferenças de densidade das partículas minerais granulares. Consiste na separação das partículas em camadas de diferentes pesos específicos seguida pela remoção das camadas separadas. Diferente de separação por meio denso (separação direta), a estratificação no jigue é gradual e a separação em produtos ocorre após certo tempo.

Partículas normalmente de tamanho similar, frequentemente britadas e peneiradas antes da alimentação no leito do jigue. Princípios básicos são os mesmos apesar de variações de projeto. Usa água como meio de separação. Aplicável a minerais, minérios, escórias e qualquer material com diferença de densidade entre componente desejado e indesejado. Altamente eficaz quando diferença de densidade de corte > 4,0 g/cm³.

Jigue é a classificação de materiais no minério em fluido por estratificação, baseada no movimento de leito de partículas fluidizadas intermitentemente por pulsação do fluido em plano vertical. A estratificação arranja partículas em camadas com densidade crescente do topo para base. Arranjo desenvolvido por forças variadas contínuas, mais relacionado à densidade da partícula que outros métodos gravíticos.

Vantagens do Jigue para Minério de Ferro

• Separação relativamente fácil
• Trade-off benéfico entre custo operacional e rendimento reduzido vs. processos de meio denso
• Capacidade de tratar minérios requerendo densidades de corte > 4,0
• Características físicas que tornam separação por meio pesado inadequada (ex: perda inaceitável de meio em poros macroscópicos)

Jigues a pulsação de ar são populares para beneficiamento de ferro, pois geram grandes amplitudes de pulso para fluidizar leito profundo de minério pesado, especialmente lump.

Princípio de Funcionamento

Partículas introduzidas no leito do jigue (geralmente tela) são impulsionadas para cima por coluna de água pulsante, ficando suspensas. Ao dissipar o pulso, o nível d'água retorna e partículas assentam novamente. Expostas à energia gravitacional na suspensão, partículas de maior densidade assentam mais rápido, concentrando material mais denso no fundo (leito do jigue). Partículas agora concentradas por densidade podem ser extraídas separadamente. No beneficiamento de ferro, material mais denso é o minério enriquecido desejado; o resto é descartado como flutuantes (rejeitos).

Parâmetros que Afetam o Desempenho

Dois parâmetros maiores afetam o desempenho: (i) forma do pulso e (ii) tempo de residência do minério no jigue.

Forma do pulso inclui: amplitude, frequência, nitidez (aceleração da coluna d'água no início do pulso ou desvio de forma senoidal). Tempo de residência depende da largura, profundidade e comprimento do jigue. Com forma de pulso otimizada, ainda é necessário tempo suficiente para que material difícil (finos e materiais de gravidade próxima) migre à camada esperada.

Mudar a forma do pulso afeta taxa e qualidade da separação, geralmente em direções opostas. Projeto bem-sucedido usa forma de pulso que dá separação aceitável em tempo de residência economicamente viável. Desafio: selecionar tecnologia de jigue dimensionada adequadamente com forma de pulso adequada para máximo desempenho e flexibilidade.

Jigue a Pulsação de Ar

Princípio fundamental: injeção de ar de baixa pressão (< 1 atm) em câmara com base aberta, acelerando coluna d'água através do leito de material. Duas implementações:

• Sob leito (under-bed pulsated): Bolsa de ar atravessa largura do jigue abaixo do deck de tela.
• Lateral (side pulsated): Bolsa de ar localizada ao lado do leito.

Uso de ar em vez de sistema mecânico: sistema mecânico requer potência instantânea muito alta para acelerar coluna d'água em curto período. Soprador alimentando receptor opera continuamente em potência média razoável. Soprador mais fácil de manter que compressor ou pacote hidráulico para mesma potência.

Construção: deck de tela suporta leito e permite pulso d'água gerado nas câmaras de ar elevar leito a altura aceitável. Água de hutch flui através do leito a taxa constante para auxiliar eficiência e manter leito fluidizado. No final, boia mede curso do leito e indica altura do leito de produto. Controlador lógico programável (CLP) abre/fecha portas de produto em pequenos incrementos para controlar altura em banda estreita. Rejeitos transbordam no vertedor; produto coletado em tremonha sob jigue. Sondas de nível alto/baixo iniciam/param alimentador para controlar extração. Pulso criado por ar entrando/saindo das câmaras sob deck. Ar gerado por soprador, armazenado em vaso de ar de trabalho. Válvulas poppet controlam ar nas câmaras. Nível ar/água medido por sondas, controlando tempo das válvulas para manter curso constante.