BR112015020790B1 - método para separar uma fase mineral definida de uma substância de valor de um minério triturado - Google Patents

Abstract

MÉTODO PARA SEPARAR UMA FASE MINERAL DEFINIDA DE VALOR A PARTIR DE UM MINÉRIO TRITURADO. A invenção refere-se a um método para separar uma fase mineral definida de valor (2) de um minério triturado (4) que tem diversas fases químicas e que está presente em uma distribuição de tamanho de partícula heterogênea, que compreende as seguintes etapas: - classificar (6) o minério de acordo com um diâmetro de partícula definido em pelo menos duas frações, em que uma primeira fração (8) tem partículas essencialmente maiores do que o diâmetro de partícula definido, e uma segunda fração (10) que compreende partículas essencialmente menores que o diâmetro de partícula definido, e em que as partículas minerais definidas de valor (2) estão presentes em ambas as frações (8, 10), - realizar flotação (11) da primeira fração que tem os maiores diâmetros de partícula, e selecionar as partículas minerais definidas de valor (2) em um concentrado de flotação (12), - misturar seletivamente as partículas minerais definidas de valor (2) na fração (10), que tem os menores diâmetros de partícula, com partículas magnetizáveis (14), - aplicar um processo de separação magnética à segunda fração (10), que tem diâmetros de partículas menores, e separar um concentrado (16) com um enriquecimento da fase mineral definida de valor (2).

Description

[0001] A separação de fases definidas de um mineral útil, que, em particular, estão presentes no minério com uma distribuição muito fina, a partir de um minério triturado sempre representa um problema técnico. Essa presença finamente distribuída de fases úteis em um minério se surge particularmente no caso de fases de terra-rara, mas também para outras fases metálicas convencionais, tais como minerais de cobre. Devido a esse problema de separação surgir mais frequentemente no caso de elementos de terras-raras ou compostos de terras-raras em rocha mineral, será particularmente discutida a seguir a extração de terras-raras. No entanto, o método descrito abaixo pode ser aplicado basicamente a múltiplos processos de extração para outros metais.

[0002] As terras-raras ocorrem naturalmente em vários minerais, sempre em uma forma oxidada, por exemplo, como carbonatos ou fosfatos. Embora haja múltiplos minerais, 95% dos recursos de terra- rara do mundo consistem em três minerais, bastnasita, monazita e xenótimo. É uma característica de minerais de terras-raras que os mesmos contenham todo o espectro de elementos de terras-raras. Devido a essa associação e à grande semelhança dos elementos de terras-raras em seu comportamento químico, as exigências que precisam ser cumpridas pelo processo a fim de separar as substâncias individuais são muito rigorosas. No caso dos minerais de terras-raras, um recurso característico que é sempre tecnicamente desafiador consiste no fato de que, no minério, os mesmos estão geralmente entremeados de modo muito fino, e como resultado, o processo de beneficiamento precisa adicionalmente cumprir exigências muito rigorosas. Dessa forma, o minério precisa, por um lado, ser adequadamente britado a fim de alcançar um nível suficiente de exposição dos materiais úteis. Por outro lado, tamanhos de grão muito finos frequentemente dificultam a extração dos materiais úteis durante a produção de um concentrado (flotação). Além disso, existe o fato de que uma área grande é exigida para as quantidades de material residual que se originam (o fluxo de material residual, ou ganga, referido abaixo como rejeito). Uma propriedade adicional das terras-raras é que as mesmas estão frequentemente entremeadas com tais materiais contaminantes radioativos como tório e urânio. Esses também são liberados durante o beneficiamento, de forma que também existem riscos ambientais. Devido aos problemas ecológicos e econômicos citados, muitos depósitos de minerais de terras-raras não são explorados hoje em dia.

[0003] No beneficiamento de bastnasita, um minério típico que contém minerais de terras-raras, após o minério ter sido britado, os pedaços quebrados são triturados a um tamanho adequado para a flotação de menos que 150 micrômetros. Esse processo envolve custos de energia substanciais. Em geral, o tamanho de grão alvo para a trituração é determinado de acordo com o tamanho de grão exposto do mineral de terra-rara. Isso depende fortemente do tipo de minério e o depósito de interesse. O termo tamanho de grão exposto deve ser compreendido aqui como o tamanho do grão no qual as fases minerais individuais estão presentes como grãos individuais. Basicamente, uma exposição de 100% deveria ser a meta, na realidade pode ser que exposições de 50% a 70% sejam realistas, dependendo do depósito. Se o esmagamento produz pedaços menores que o tamanho de grão exposto, isto é, o tamanho de grão no qual as fases minerais individuais estão presentes como pedaços separados, ocorre o esmagamento excessivo das partículas e resulta na formação de uma proporção alta de partículas finas. As mesmas podem frequentemente não ser extraídas pela flotação subsequente, que é usada para separar o material útil e o material sem valor (ganga, rejeitos) ou podem até mesmo ter um efeito prejudicial negativo no processo. Por outro lado, se o tamanho de grão exposto for excedido, o mineral não estará presente em um estado completamente livre, de modo que a interação entre a superfície do mineral e os agentes químicos é reduzida ou impedida. Como resultado, o material útil, que deve ser extraído, não pode aderir adequadamente às bolhas de gás em ascensão durante a flotação e, assim, torna-se enriquecido na zona de espuma da superfície superior do líquido.

[0004] Além da eficiência da extração, o rendimento (recuperação) da flotação tem uma influência decisiva na eficiência do processo geral para a extração de terras-raras. Quanto mais alto o rendimento de terras-raras, e, portanto, o enriquecimento das terras-raras no concentrado, mais baixa é a perda de material útil no processo. Presentemente, é possível alcançar níveis de rendimento para terras- raras de 65% a 70%. Porém, em consequência, 30% a 35% dos materiais de terras-raras que estão contidos no minério inicial não saem pela flotação e se perdem nos rejeitos. Um motivo para isso é a flutuabilidade insatisfatória das partículas finas do material, em particular, partículas com um tamanho de grão de menos que 20 micrômetros são afetadas por isso. O principal motivo para isso é a eficiência de colisão baixa entre as partículas pequenas e as bolhas de gás. Além disso, tamanhos de partícula pequenos exigem uma área de superfície de bolha grande para aderir às partículas de material útil, que, com flotação convencional, só pode ser alcançado com uma alta proporção de bolhas de gás muito pequenas. No entanto, as mesmas não são, por sua vez, adequadas para transportar as partículas maiores de material útil para a camada de espuma e, além disso, em um processo de flotação convencional (agitado ou células mecânicas; célula colunar), só podem ser produzidas com um custo de energia substancial.

[0005] A fim de fornecer uma medida reparatória para isso, duas abordagens são aplicadas a princípio. Uma consiste no aumento do tamanho das partículas de material útil ou na redução do tamanho das bolhas de gás. Com o propósito de aumentar os tamanhos de partículas, é feito o uso de floculação seletiva, coagulação e agregação hidrofóbica das partículas. Esses métodos exigem aditivos, tal como polímeros ou eletrólitos, e já são usados industrialmente. Em comparação com eletrólitos, a vantagem de polímeros adicionados é a sua seletividade alta, os mesmos aderem somente às partículas de material útil, e não o fazem com o material sem valor. No entanto, há frequentemente inclusões de ganga (rejeitos) nos interstícios nos agregados que são formados. A redução no tamanho das bolhas de gás é a abordagem usada, por exemplo, em flotação de gás dissolvido, em eletroflotação e em microflotação turbulenta. Devido as bolhas de gás serem pequenas, baixas velocidades de movimento para cima são alcançadas, de modo que as partículas pequenas possam permanecer fixadas durante o movimento para cima. No entanto, isso resulta em tempos de residência longos para o material útil na célula de flotação. Além disso, as baixas velocidades de movimento para cima podem ter um efeito negativo sobre a seletividade.

[0006] O objetivo da invenção consiste em melhorar o rendimento de fases minerais, para materiais úteis que estão presentes em forma finamente distribuída em um minério triturado, em comparação com aquele dos métodos de flotação da técnica anterior.

[0007] A maneira de alcançar esse objetivo é através de um método para separar uma fase mineral definida de um material útil de um minério triturado.

[0008] O método inventivo serve para separar uma fase mineral definida de um material útil, essencialmente uma fase de um mineral de terra-rara, mas também para separar outros minérios metálicos, tal como cobre, de um minério triturado. Aqui, o minério triturado tem diversas fases químicas e os tamanhos de grão são heterogêneos. Nesse caso, o método inclui as seguintes etapas:

[0009] Primeiro, o minério é classificado, em que o diâmetro de partícula é definido e pelo menos duas frações são produzidas, em que uma fração tem partículas com diâmetros que são essencialmente maiores que o diâmetro de partícula definido, e a segunda fração tem partículas que são essencialmente menores que o diâmetro de partícula definido. O termo "essencialmente" foi adicionado aqui, pois não é possível produzir comercialmente uma separação arbitrária em duas frações com um diâmetro de partícula discreto exato. Não se pode excluir a possibilidade de que a fração com as partículas de diâmetro maior também contenha partículas que sejam nominalmente menores do que o diâmetro de partícula definido, e vice-versa.

[00010] A fração com as partículas de diâmetro maior é alimentada em um processo de flotação convencional, e as partículas minerais de material útil são enriquecidas seletivamente em um concentrado de flotação. Além disso, as partículas minerais de material útil na segunda fração que têm um diâmetro de partícula menor são associadas seletivamente às partículas magnetizáveis (a seguir, referidas pelo termo genérico "magnetita", embora outros materiais magnéticos adequados que sejam, de modo adequado, quimicamente inertes como a magnetita Fe3O4 também possam ser usados) e são, então, submetidas a um processo de separação magnética. Aqui também, o resultado é um concentrado com um enriquecimento da fase mineral definida do material útil, que está presente, no entanto, com um diâmetro de partícula menor.

[00011] Em comparação com a técnica anterior, na qual todas as partículas de minério triturado são concentradas com o uso de um processo de flotação convencional, o ponto essencial da presente invenção se encontra na diferenciação seletiva em pelo menos duas frações de partícula e na concentração da fração de partícula menor com o uso de um processo de separação magnética. Em comparação com o processo de flotação convencional, no qual o tamanho das bolhas de gás limita as partículas de minério que podem ser selecionadas, é possível, por um lado, usar partículas de magnetita com um diâmetro pequeno na separação magnética, por meio das quais a área de superfície específica é aumentada e, portanto, mais área de superfície se torna disponível para aderir ao material útil. Por outro lado, um maior poder de separação pode ser usado para separar as partículas de magnetita fixadas no campo magnético do que com as bolhas de gás pequenas em um processo de flotação. Uma vantagem adicional da separação magnética consiste na controlabilidade seletiva da distribuição dos tamanhos dos grãos de magnetita. Portanto, em comparação à produção de bolhas de gás, é mais simples adequar a distribuição de tamanho da magnetita ao material útil, que deve ser separado, de modo que o rendimento possa ser substancialmente aumentado.

[00012] Uma vantagem adicional da combinação de flotação e separação magnética no beneficiamento de terras-raras é que dois fluxos de rejeito diferentes são obtidos. Os fluxos de rejeito da separação magnética, que contém partículas muito finas, também contêm, em geral, a maioria das substâncias prejudiciais ao meio ambiente, tal como, por exemplo, tório ou metais pesados, pois essas substâncias prejudiciais ao meio ambiente são separadas também durante a classificação. Se for o caso, o resultado de ter os dois fluxos de rejeito separados que são obtidos é uma exigência de volume significativamente menor para o armazenamento das substâncias críticas.

[00013] Nos processos convencionais, tanto as partículas de minério finas como também aquelas grossas são alimentadas à flotação, como resultado disso, é possível alcançar rendimentos de 65% a 70%. Por meio da combinação inventiva de flotação e separação magnética, é possível aumentar significativamente o rendimento total de terras-raras, dependendo do minério e do depósito (dependendo do minério por 5% a 15%), e, portanto, ter um efeito positivo na eficiência dos processos de beneficiamento. Como consequência, pode, então, se tornar economicamente proveito explorar vários depósitos de terras-raras que até agora não tinham sido considerados.

[00014] Em uma forma de modalidade da invenção, um fluxo de rejeito que se origina com a flotação é alimentado, pelo menos parcialmente, ao processo de separação magnética. Foi concluído que o processo de separação magnética é também completamente compatível com um espectro mais amplo de distribuição de tamanho de grão, de modo que partículas do material útil ou fases ou o material útil, que não podiam ser separados de uma maneira bem-sucedida com a flotação, podem ser submetidos à separação mais uma vez por uma etapa de processo alternativa adicional.

[00015] Foi concluído que é vantajoso que o diâmetro de partícula definido, que é ajustado durante a classificação, seja menor que 70 micrômetros. Em particular, o mesmo é menor que 50 micrômetros. Aqui, é feito o uso, em particular, de um hidrociclone para a classificação. Outros processos de classificação, tais como peneiração, transportadores em espiral, etc., também são possíveis.

[00016] O processo inventivo será aplicado preferivelmente a partículas minerais de materiais úteis da série de terras-raras. O termo terras-raras deve ser compreendido como compostos dos elementos de terras-raras, em particular, seus óxidos, mas também carbonatos e fosfatos. O termo elementos de terras-raras significa, em particular, os chamados lantanídeos, que incluem lantânio, cério, praseodímio, neodímio, samário, európio, gadolínio, térbio, disprósio, hólmio, érbio, itérbio e lutécio, mas ítrio e escândio também são incluídos aqui, nesse caso, devido as suas semelhanças químicas. As terras-raras são, por sua vez, compostos de elementos de terras-raras, em particular, seus óxidos e fosfatos.

[00017] Formas vantajosas adicionais de modalidade e recursos adicionais da invenção serão explicados em mais detalhes, com referência à figura a seguir e listagem dos exemplos a seguir. Essas são somente modalidades exemplificadoras, as quais não representam qualquer restrição no escopo de proteção.

[00018] Aqui, a Figura 1 mostra um processo para a separação de uma partícula mineral de material útil, que é um minério triturado, que faz uso de uma combinação de flotação e separação magnética.

[00019] Referindo-se à única Figura, uma modalidade do método para separar uma fase de um material útil 2 de um minério triturado 4 é descrita abaixo, a título de exemplo. O minério 4 é triturado, de acordo com um processo convencional, no qual uma distribuição heterogênea de tamanhos de grão para as partículas individuais é inevitavelmente originada. A classificação de trituração, e com a mesma, a extensão ou nível de exposição, dependem do depósito, ou dos tamanhos de fase presentes no mesmo, da fase de material útil 2 que deve ser separada. No entanto, mesmo para esses tamanhos de fase da fase de material útil 2, há também uma curva de distribuição de tamanho de fase de modo que seja adequado classificar o minério triturado 4 em duas frações. Isso ocorre em uma instalação de classificação 6, na qual, por um lado, uma primeira fração 8 é produzida, a qual tem uma distribuição de tamanhos de grão que é essencialmente maior que 50 micrômetros. Além disso, na instalação de classificação 6, que assume, preferivelmente, a forma de um hidrociclone, uma segunda fração 10 é separada, a qual tem tamanhos de partículas que se encontram essencialmente abaixo de 50 micrômetros. É fundamentalmente possível de se produzir ainda frações adicionais que têm distribuições de tamanho de grão diferentes, se for possível, assim, otimizar tecnicamente o processo de seleção.

[00020] A primeira fração 8, com as partículas de diâmetros maiores, é passada para a instalação de flotação 11 que representa uma instalação de flotação convencional. A flotação produz um concentrado de flotação 12 que contém um enriquecimento da fase de material útil 2. Dependendo do método de flotação, e dependendo da natureza e constituição do minério triturado, o nível do rendimento da fase de material útil 2 no concentrado de flotação irá variar. Por esse motivo, pode ser adequado aplicar o processo de flotação 11 mais de uma vez.

[00021] Paralelamente a isso, a segunda fração 10 do minério triturado 4 é passada para um processo de separação magnética. Para esse propósito, um condicionamento químico 20 das partículas na fração 10 é executado primeiro, em que esse condicionamento 20 é em si conhecido e, portanto, não será adicionalmente discutido aqui. Será dito apenas que as partículas de material útil são unidas com substâncias orgânicas que têm um efeito seletivo, que se anexam à superfície das partículas de material útil e, portanto, influenciam as características de suas superfícies. Também durante o condicionamento, é introduzida magnetita com tratamento de superfície (Fe3O4) ou alguma outra fase magnética, a qual é recolhida pelas partículas com tratamento de superfície seletivo de material útil 2. Em um reator de separação magnética a jusante 15, os aglomerados de partículas, que consistem em partículas de magnetita 14 e as partículas de material útil 2, são separadas. No decorrer disso, um fluxo de rejeito 19 é originado, o qual pode ser alimentado novamente ao processo de separação magnética. Isso dependerá do quanto alto estiver o rendimento, de partículas de material útil, após o primeiro processo de separação no reator de separação 15. Após as partículas de magnetita terem sido separadas da segunda fração 10 em um aparelho de separação, as partículas de magnetita 14, que estão ligadas às partículas de material útil 2, são separadas novamente das partículas de material útil 2, de modo que resulte, em um lado, em um concentrado de separação magnética 16 com partículas de material útil 2, e, em outro lado, as partículas de magnetita 14 sejam recuperadas e alimentadas novamente ao processo de condicionamento 20.

[00022] Foi concluído que, para vários minérios, se a corrente de rejeito 18, que se origina da flotação 11, ainda contiver uma proporção alta o bastante de partículas de material útil 2, é também adequado alimentar, adicionalmente, a mesma ao processo de separação magnética. Por outro lado, isso implica, é claro, que nesse caso o rendimento da flotação 11 ainda não estava em um nível satisfatório. Foi concluído que, em relação a uma distribuição de tamanhos de grão mais ampla, a separação magnética 15 é menos variável do que a flotação 11. Basicamente, portanto, o fluxo de rejeito 18 pode também ser descartado na forma de 18’ e armazenado permanentemente em um sítio de eliminação apropriado, ou, nesse momento, é possível também separar as partículas de outros materiais úteis alternativos.

[00023] Foi estabelecido adicionalmente que substâncias ambientalmente críticas no minério triturado 4, em particular partículas radioativas, tal como óxido de urânio ou dióxido de tório, também estão presentes com uma distribuição muito fina no minério triturado 4, de modo que uma porção grande dessas substâncias prejudiciais ao meio ambiente se acumulam na segunda fração 10. Essas são deixadas, então, no fluxo de rejeito 19 e podem ser permanentemente armazenadas de modo separado do fluxo de rejeito 18. Isso é particularmente vantajoso devido ao fato de que o fluxo de rejeito 19, que resulta da separação magnética, tem, em comparação com o fluxo de rejeito 18 ou o fluxo de rejeito 18’ que resulta do processo de flotação, um volume comparativamente menor. Se o enriquecimento das substâncias prejudiciais ao meio ambiente nesse fluxo de rejeito 19 for maior, esse fluxo de rejeito comparativamente menor pode ser armazenado separadamente em um sítio de eliminação selecionado para esse propósito, de modo que os produtos prejudiciais ao meio ambiente, que se originam com a extração de elementos de terras-raras, podem ser adequadamente armazenados em uma fração menor, o que reduz significativamente o impacto ambiental.

Claims (5)

1. Método para separar uma fase mineral definida de uma substância de valor (2) de um minério triturado (4), que tem diversas fases químicas e no qual os tamanhos de grão são heterogêneos, caracterizado pelo fato de que inclui as seguintes etapas, - classificação (6) do minério de acordo com um diâmetro de partícula definido em pelo menos duas frações, sendo que uma primeira fração (8) tem partículas que são essencialmente maiores do que o diâmetro de partícula definido, e uma segunda fração (10) contém partículas que são essencialmente menores que o diâmetro de partícula definido, e sendo que as partículas minerais definidas da substância de valor (2) estarem contidas em ambas as frações (8, 10), - flotação (11) da primeira fração com as partículas de diâmetro maior e seleção das partículas minerais definidas da substância de valor (2) em um concentrado de flotação (12), - mistura seletiva, na fração (10) que tem as partículas de diâmetro menor, das partículas minerais definidas da substância de valor (2), com partículas magnetizáveis (14), - aplicação de um processo de separação magnética à segunda fração (10), com as partículas de diâmetro menor e separação de um concentrado (16) com enriquecimento da fase mineral definida da substância de valor (2).

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que um fluxo de rejeito (18) que se origina da flotação (11), ser, pelo menos em parte, alimentado ao processo de separação magnética (15).

3. Método, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que o diâmetro de partícula definido para a classificação (6) ser menor que 70 μm, em particular, menor que 50 μm.

4. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que a classificação (6) ser efetuada com o auxílio de um hidrociclone.

5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo fato de que as partículas minerais da substância de valor (2) serem derivadas das camadas das terras-raras, em particular, de sais dos lantanídeos.

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