BR102017024105B1 - Processo de beneficiamento do minério de ferro utilizando polímero natural para coagulação e floculação - Google Patents

Abstract

A presente invenção demonstra um processo com possível utilização na separação do ?dump? em processos de beneficiamento de minério de ferro, fazendo uso de um polímero da classe dos taninos 100% natural e com propriedades de coagulação e floculação de partículas presentes em lixiviados de minério após beneficiamento.

Description

[01] A presente invenção refere-se a um processo de beneficiamento do minério de ferro utilizando polímero natural como coagulante e floculante permitindo a recuperação do minério de ferro presente no descarte, inclusive após separação magnética e ciclonagem de cerca de 99%.

[02] Em média 35% de todo minério beneficiado para utilização no processo em aciaria, são depositados em barragens de resíduo, devido principalmente à dificuldade em separação por processos convencionais de tratamento utilizados atualmente (Abreu, A.F. de, 2012. Recuperação de Finos de Barragens no Complexo Paraopeba I). Geralmente os taninos são constituídos de polifenóis com elevadas massas atômicas, podendo ser utilizados em processos de floculação. Assim sendo, a presente invenção propõe a utilização de um polímero natural a base de taninos hidrolisáveis e condensados extraídos a partir da espécie Musa sp, o qual permite a recuperação do minério de ferro presente no descarte, inclusive após separação magnética em cerca de 99%. Foram feitos testes de floculação e sedimentação em vinte condições experimentais diferentes em um planejamento experimental de superfície de resposta, variando a rotação, volume de tanino e pH. O resultado evidenciou remoções acima de 99% em todas as condições experimentadas, conforme o gráfico apresentado na figura 1. A turbidez inicial do resíduo de minério foi de 86500 NTU unidades nefelométricas. A figura 2, mostra os valores de turbidez após o processo de coagulação e floculação.As condições otimizadas levaram a uma remoção de turbidez de 98,7%.

[03] A partir da análise do modelo de superfície de resposta, foi possível determinar as condições ótimas de processo, visando a maximização da redução de sólidos e turbidez em 99%. As condições ótimas de cada um dos fatores mencionados que levaram a esta remoção, foram: Rotação 120 rpm na primeira etapa e 40 rpm na segunda etapa; volume de tanino de 3,5 mL para 1,5L de “dump”; e pH de 7,5.

[04] Este polímero utilizado no processo é constituído de uma parte da sua molécula apolar da classe dos oligômeros e outra parte polar representado pela classe dos ácidos hexahidroxidifênico, constituindo assim um excelente floculante (estabilização das cargas) e coagulação (densidade de partículas).

[05] Atrelado a uma grande perda de minério ao longo do seu beneficiamento, cerca de 35% em lagoas de contenção, a recuperação desse material pode agregar receitas consideráveis (Abreu, A.F. de, 2012. Recuperação de Finos de Barragens no Complexo Paraopeba I). A pequena eficiência na separação destes finos de minério leva além da redução de lucros sob a venda do minério, à separação de grandes áreas para deposição deste rejeito, que além de possuir grande concentração de ferro, vem carreado de água, que poderia retornar ao processo de separação. No entanto atualmente alguns coagulantes são utilizados nos processos de separação, que além de elevado custo de utilização, ainda não conseguem atingir turbidez e percentuais de sólidos de acordo com a normalização vigente (A de Pavanelli, G., Dissertação, 2001. Eficiência De Diferentes Tipos De Coagulantes Na Coagulação, Floculação E Sedimentação De Água Com Cor Ou Turbidez Elevada). A utilização de enormes bacias de contenção pode levar a sobreposição de elevados montantes de minério de ferro sobre a cabeceira destas barragens, o que pode levar ao rompimento devido ao efeito dessas cargas. Assim sendo se faz de extrema importância a separação deste minério lixiviado, tanto no aspecto ambiental quanto no aspecto relacionado à geração de receitas.

[06] Atualmente são utilizados processos de separação de finos de minério de ferro que podem ser contextualizados segundo a forma de separação. A flotação, um dos principais processos utilizados, portanto, a este tipo de separação leva a resultados não satisfatórios dependendo do tipo de reagente utilizado como auxiliar (Da, F., Do, M., Mg, P., Flotação, P.O.R., Coluna, E.M., 2010. Universidade Federal do Rio Grande do Sul). Um dos problemas relacionados ao processo de flotação se encontra na dificuldade de separação de sólidos finos (40μm) (Da, F., Do, M., Mg, P., Flotação, P.O.R., Coluna, E.M., 2010. Universidade Federal do Rio Grande do Sul).

[07] A utilização de processos de flotação, muito utilizados em processos de separação e concentração de finos de minério, fazem uso de determinados tipos de compostos como aminas (WO2016015109A1). Esse tipo de composto apesar de obter uma possível separação do ferro presente a sílica, pode levar a contaminação da água. Além disso, este processo a amina é adicionada diretamente na água durante o processo de flotação, o que gera caudais muito elevados de água contaminada com o produto. No caso do polímero natural utilizando no processo aqui sob proteção, este é natural, e faz uma separação de cerca de 99% dos sólidos presentes juntamente com a lama que é coletada posterior a ciclonagem e ao separador magnético. Dificilmente essas partículas de ferro podem ser recuperadas, devido seu tamanho (Da, F., Do, M., Mg, P., Flotação, P.O.R., Coluna, E.M., 2010. Alternativa para o tratamento de ultrafinos de minério da mina Pico/MG por flotação em coluna).

[08] A invenção WO2016054707A1, propõe a separação de finos de minério através de separador magnético juntamente com inserção de ar quente. Esse processo consegue a recuperação do minério de ferro a seco que é descartado após o processo de ciclonagem (dump).

[09] No mercado atual existem inúmeros polímeros sintéticos com a utilização e processos de floculação e coagulação. Esses polímeros são moléculas orgânicas sintetizadas através de compostos químicos padrão, algumas dessas podem ser referendadas segundo número da invenção ES2378864T3, referente ao polímero coagulante. ES2243140B1 descreve a formulação separadamente de um coagulante metálico e um polímero floculante estabilizado segundo um sistema tensoativo. Nota-se que grande parte dos floculantes e coagulantes, também são produzidos de formas independentes. ES2593136T3 descreve a fabricação de aditivos para tratamento de meios aquosos, visando reutilização da água novamente ao meio industrial. O polímero referente à presente invenção, é produzido através da biomassa natural referente a Musa sp, sem utilização de compostos orgânicos artificiais.

[010] A presente invenção trata de um processo e sistema de beneficiamento de minério de ferro de granulometria fina a superfinas, abaixo de 150 mícrons, em uma rota utilizando um coagulante/floculante produzido a partir da Musa sp, ou seja, totalmente natural. Os resultados demonstraram que em um tempo total de floculação, coagulação e repouso entre 10 a 15 minutos, foi suficiente para a remoção de aproximadamente 99% dos sólidos totais e a turbidez. Os minerais de óxido de ferro de granulometria fina e superfina encontram-se em barragens de rejeitos e nos minérios rejeitados (DUMP) pelas plantas atuais existentes.

[011] Nas atuais plantas de beneficiamento a úmido, existentes atualmente nas grandes mineradoras, os projetos originais contemplavam o processamento de minério de alto teor de ferro, por exemplo, teores de ferro acima de 54% de Fe, de modo que todo o material abaixo deste teor é considerado material rejeitado (ou "dump", na linguagem técnica), o que vem restringido cada vez mais o processo de beneficiamento devido à falta de minério com teor acima de 54%.

[012] No entanto, nos termos da presente invenção, o referido minério rejeitado ("dump") pode ser recuperado a partir de uma separação efetiva da água o qual encontra. Grande parte dos coagulantes/floculantes no mercado é de origem sintética.

[013] Neste sentido, a presente invenção visa simplificar o processo de recuperação dos minérios de ferro ainda contidos nos referidos rejeitos e no dump, proporcionando elevadas recuperações, metalúrgica e de massa. Com isso, é possível a obtenção de um processo atrelado ao produto desenvolvido, visando a separação do “dump” mais eficiente. O processo desenvolvido vem suprir perdas de partículas representadas por finos de minério de ferro, através de um sistema composto de tanques com agitadores e a inserção do polímero ao meio, e, apresenta elevada eficiência na separação de finos de minério de ferro e água, cerca de 99%, fazendo uso do polímero totalmente natural. Dessa forma, promove a separação dos finos de minério de ferro de forma qualitativa e quantitativa, com possível recuperação deste material bem como da água, que pode ser recirculada no processo reduzindo assim os custos com o mesmo e com equipamentos para sua realização e operação.

[014] Na primeira etapa do processo, o rejeito de minério de ferro (dump) é colocado em um tanque pulmão com um sistema de agitação com pás 180°, utilizado para a homogeneização do sistema.

[015] A proporção de polímero a base de taninos hidrolisáveis e condensados é de 2L a cada 1m3 de lama. A cada volume de 1 m3 de lama, encontra-se em média 54,6 toneladas de sólidos totais, dentre estes 99% são removidos.

[016] Nessa primeira etapa, a formação de flocos é controlada por uma agitação de 85 a 120 rpm durante um tempo de 1 a 2 minutos. Esta razão tempo e rotação deve ser utilizada a fim de não danificar os flocos gerados.Posteriormente é realizada uma redução na rotação para 40 a 60 rpm entre 10 a 20 minutos para que os flocos aglomerem e comecem a descer pela ação da gravidade.

[017] Após essas etapas o sistema deve permanecer em repouso durante 20 minutos, para que o sólido seja depositado ao fundo.

[018] O volume do polímero utilizado a fim de flocular e separar uma massa correspondente a uma tonelada de minério de ferro presente no “dump”, é de 10 litros.

Claims (1)

1. Processo de beneficiamento de finos de minério de ferro, caracterizado por utilizar polímero a base de taninos condensados hidrolisáveis extraído a partir da Musa sp, compreendendo as seguintes etapas: a) O rejeito de minério de ferro (dump) é colocado em um tanque pulmão com um sistema de agitação com pás 180°, utilizado para a homogeneização do sistema, na proporção de 2L de polímero para cada 1m3 de lama; b) Nessa primeira etapa, a formação de flocos é controlada por uma agitação de 85 a 120 rpm durante um período de 1 a 2 minutos; c) Posteriormente, é realizada uma redução na rotação para 40 a 60 rpm durante 15 minutos; d) Após essas etapas, o sistema deve permanecer em repouso durante 20 minutos.

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