BR112017001835B1 - Processo para concentração de um minério de ferro - Google Patents

Abstract

PROCESSO E COMPOSIÇÃO PARA CONCENTRAÇÃO DE MINÉRIO DE FERRO POR FLOTAÇÃO DE ESPUMA A PARTIR DO USO DE MISTURA DE ETERDIAMINA E ETERMONOAMINA. A presente invenção descreve o processo de flotação catiônica reversa de óxido de ferro através da utilização de uma eterdiamina aditivada de uma etermonoamina, numa relação de eterdiamina para etermonoamina de 5:1 a 99:1, preferencialmente de 9:1 a 19:1, como forma de otimização da seletividade do processo, buscando a maximização da recuperação em peso e metálica de ferro com a redução do teor de SiO2 no concentrado gerado.

Description

[001] CAMPO TÉCNICO

[002] A presente invenção descreve o processo de flotação catiônica reversa de óxido de ferro através da utilização de uma eterdiamina aditivada de uma etermonoamina, numa relação mínima de eterdiamina para etermonoamina de 9:1 como forma de otimização da seletividade do processo, buscando a maximização da recuperação em peso e metalúrgica de ferro com a redução do teor de SiO2 no concentrado gerado.

[003] ESTADO DA TÉCNICA

[004] A maior parte dos minérios oxidados de ferro não tem aplicação industrial como matéria prima para a siderurgia da maneira como são encontrados na natureza. Isto se dá em função dos baixos teores de ferro contidos e consequente presença de contaminantes, principalmente quartzo (SiO2) inviabilizando sua utilização econômica em processos de redução. Algumas técnicas de beneficiamento mineral como separação magnética e mais amplamente flotação de espuma são utilizadas para concentrar partículas de óxido de ferro em detrimento aos constituintes de ganga.

[005] O método de concentração de minério de ferro de baixo teor e ganga silicatada mais utilizado é comumente definido por flotação catiônica reversa por se tratar da flotação do quartzo em vez da substância útil (neste caso a hematita). Assim como as partículas de óxido de ferro, as partículas de quartzo são naturalmente hidrofílicas (que possuem afinidade pela água), sendo necessária a modificação das propriedades superficiais destas partículas para que seja possível a separação dinâmica destes constituintes em um meio fluido (normalmente aquoso) atravessado por um fluxo gasoso (geralmente o ar).

[006] Normalmente reagentes químicos chamados coletores são utilizados para tornar a superfície das partículas de quartzo hidrofóbicas (ávidas pelo ar) enquanto que as partículas de óxido de ferro têm seu caráter hidrofílico potencializado pela utilização de reagentes denominados depressores. Outros compostos químicos também podem ser utilizados no processo de flotação com funções especificas ou múltiplas como os espumantes e os modificadores.

[007] Os coletores de quartzo mais utilizados na flotação catiônica reversa de ferro são surfactantes produzidos a partir de compostos químicos orgânicos nitrogenados derivados da reação da amônia (NH3) com um ácido carboxílico (formando as aminas) ou com um álcool (gerando as chamadas eteraminas). Os principais coletores a base de aminas no processo de flotação reversa de ferro são as aminas primárias (R-NH2) e os sais quaternários de amônia. As aminas secundárias (R1R2NH) e as terciárias (R1R2NR3) apresentam potencialidade para a função coletora na flotação, mas não são usualmente utilizadas.

[008] Por se tratarem de compostos resultantes da substituição parcial ou total dos hidrogênios da molécula por grupos hidrocarbônicos chamados radicais alquil (alquila, alquilo ou arilo) comumente abreviados pela letra R, as aminas podem ser chamadas de alquil aminas ou alquilaminas. Este processo da reação da amônia com um álcool produzindo as alquilaminas (equação 1) é chamado alquilação.

[009] NH3+ROH = RNH2+H2O (equação 1)

[010] As aminas primárias ou alquilaminas, quando obtidas a partir de alcoóis, associadas ao grupo hidrofílico O-(CH2)3, cuja função é aumentar a solubilidade da amina em água recebem o nome de eteraminas ou éter aquilaminas. Estas aminas, eteraminas ou éter aquilaminas normalmente são neutralizadas com ácido acético, sendo manufaturadas e empregadas no processo de flotação sob a forma de acetatos de aquilamina primária ([R- NH3]+CH3COO-) e acetato de éter aquilaminas ([R-O-(CH2)3-NH3]+CH3COO-). O grau de neutralização das aquilaminas e éter aquilaminas disponíveis no mercado variam em torno de 5 a 80%, sendo mais usual a utilização das mesmas com 20, 30, 50 e 70% de neutralização. Além do acetato, a neutralização também pode ser feita com cloreto e brometo, sendo a escolha do agente neutralizante uma questão meramente econômica.

[011] Quando se tem dois grupos NH nas aminas, estas são chamadas diaminas [R-NH-(CH2)3-NH2]. Por consequência uma eteramina com dois grupos NH recebe o nome de eterdiamina [R-O-(CH2)3-NH-(CH2)3-NH2]. Ainda, conforme exposto anteriormente, também é adequado a utilização das terminologias acetato de aquil diaminas e acetato de aquil eterdiamina para descrição destes compostos quando neutralizados.

[012] As etermonoaminas são coletores bastante eficientes quando se busca baixos teores de %SiO2 no concentrado com valores limitados de recuperação em peso e metálica de ferro. A utilização de eterdiaminas é adequada quando se quer priorizar altas taxas de recuperação em peso e metálica abrindo mão da qualidade do concentrado. Em ambos os casos se atribui a função coletora das aminas à sua forma molecular.

[013] DESCRIÇÃO DETALHADA

[014] A presente invenção utiliza uma eterdiamina aditivada de uma etermonoamina com relação eterdiamina: etermonoamina igual ou superior a 9:1, onde surpreendentemente foram obtidos baixos teores de SiO2 no concentrado (menores que os obtidos utilizando etermonoamina apenas) concomitantemente a altos níveis de recuperação em peso e metálica, no processo de flotação. Este efeito aumenta substancialmente a eficiência do processo de flotação permitindo a produção de um concentrado com valor agregado melhor com uma produtividade maior.

[015] Outros reagentes químicos são adicionados no sistema de flotação com funções específicas ou múltiplas para manipulação das propriedades interfaciais do processo na busca da otimização da seletividade do processo.

[016] Polissacarídeos hidrofílicos naturais modificados ou não, tais como amidos de milho, amido de mandioca, carboximetilcelulose, lignina, goma guar e polímeros sintéticos a base de amino-amidas como, por exemplo, poliacrilamidas de alto peso molecular podem ser adicionados como floculantes e/ou depressores de ferro.

[017] Polieletrólitos inorgânicos sódicos como hexametafosfato, silicatos, hidróxido e aluminato, alguns ácidos orgânicos monoméricos (por exemplo, ácido oxálico, hemimetilico, pirometílico, cítrico, tartárico e gálico), além de outros polímeros orgânicos (como dextrinas, poliacrilatos de baixo peso molecular, gelatinas, caseínas e goma arábica) entre outros podem ser utilizados como agentes dispersantes das partículas finas presentes na polpa.

[018] Outros surfactantes não iônicos pertencentes à classe dos álcoois (por exemplo, o metil isobutil carbinol - MIBC) e éteres, seus derivados contendo grupos óxido de etileno e óxido de polipropileno (os poliglicóis), óleo de pinho, cresóis e xilenóis entre outros podem fazer a função específica de espumantes controlando a coalescência das bolhas e ajustando a estabilidade da espuma na flotação. Estes espumantes podem complementar ou substituir parcialmente as etermonoaminas e/ou eterdiaminas que quando dissociadas na sua forma iônica, em um pH determinado, acumulam a função espumante no processo de flotação catiônica reversa de minério de ferro.

[019] EXEMPLOS

[020] Exemplo 1:

[021] Polpa de minério de ferro moído, previamente deslamada industrialmente por hidrociclones em meio alcalino, composta por um itabirito friável de composição química conforme apresentado na tabela I.

[022] Tabela I: Composição química da amostra 1 utilizada no teste de flotação em bancada Amostra Fe SiO2 AbOs P PPC (Perda por calcinação) MnO2 Amostra 1 46,18 31,81 0,27 0,029 1,78 0,05

[023] A polpa foi agitada e condicionada durante 5 minutos na presença de uma solução a 1% de concentração p/v de amido de mandioca previamente gelatinizado com soda cáustica (NaOH), sendo esta solução alcalina de amido dosada em 400 g/t. Na sequência foi adicionado uma solução, também a 1% de concentração p/v de eterdiamina e etermonoamina na proporção eterdiamina: etermonoamina de 0:1 (100% etermonoamina); 1:0 (100% eterdiamina) e 9:1 (90% eterdiamina e 10% etermonoamina) respectivamente. Estas eteraminas são produtos disponíveis no mercado, fornecido por empresa (aqui convenientemente chamado fornecedor “A”) amplamente conhecida. A solução da composição coletora foi adicionada nas dosagens de 50 e 65 g/t para cada relação eterdiamina:etermonoamina testadas. O pH da polpa acondicionada com os reagentes foi ajustado para 10,5 com solução de NaOH a 3% de concentração p/v quando necessário.

[024] O processo de flotação foi então iniciado através da injeção de ar na polpa em agitação, onde a coleta da espuma rica em quartzo foi feita de forma mecânica durante 3 minutos sendo gerado no interior da célula de flotação um concentrado rico em ferro mantido em suspensão na polpa remanescente. Os dois produtos gerados em cada experimento foram filtrados, secados, pesados e analisados quimicamente gerando os dados apresentados na tabela II.

[025] Tabela II: Teste de flotação em bancada com eteraminas variando a dosagem, mantendo o pH em 10,5.

[026] Nitidamente é mostrado no exemplo o ganho surpreendente de eficiência no processo quando se utiliza a relação eterdiamina:etermonoamina de 9:1 comparada aos ensaios com etermonoamina pura (relação de 0:1) e eterdiamina pura (relação de 1:0), para cada dosagem testada, onde foram obtidos índices de seletividade (IS) mais elevados nos testes 5 e 6 (14,43 e 15,06) em relação aos obtidos nos testes 1 a 4, onde os resultados de índice de seletividade foram inferiores à 14. Pode-se observar que a qualidade requerida no concentrado representada pelo baixo %SiO2 no concentrado para cada dosagem respectivamente (inferiores aos obtidos com etermonoamina e eterdiamina pura) é melhor, com ganho expressivo de recuperação em peso e metálica quando se aplica a relação de proporção de coletores descrita na presente revelação, comparados aos testes com a etermonamina.

[027] Exemplo 2:

[028] Teste conforme descrito no exemplo 1 com a mesma amostra de minério, para dosagem de depressor de 350 g/t e dosagem de coletor de 65 g/t, variando-se o pH em quatro diferentes níveis: 10,30; 10,50; 10,70 e 11,00 para cada variação de relação eterdiamina:etermonoamina. Os resultados são apresentados na tabela III.

[029] Tabela III: Teste de flotação em bancada com variação do pH.

[030] O efeito da combinação de eterdiamina com etermonoamina na relação 9:1 apresentou novamente resultados superiores de índice de seletividade em relação aos resultados obtidos com 100% de etermonoamina e 100% de eterdiamina, para cada pH testado respectivamente. Também é possível observar a redução nos %SiO2 no concentrado, mostrando a replicabilidade do método proposto em diferentes faixas de pH.

[031] Exemplo 3:

[032] Testes conforme descrito nos exemplos 1 e 2, utilizando uma nova amostra de minério (amostra 2, vide tabela IV) e outro tipo de amido, à base de milho utilizado como depressor na dosagem de 400 g/t, e variando-se a dosagem de coletor em 55 e 65 g/t. O pH foi mantido em 10,5.

[033] Tabela IV: Composição química da amostra 2 utilizada nos testes de flotação em bancada.

[034] Nestes testes foram comparados a proporção de eterdiamina:etermonoamina de 1:0 (100% de eterdiamina) com as relação 9:1 (90% de eterdiamina:10% de etermonoamina) e 19:1 (95% de eterdiamina:5% de etermonoamina) propostas neste trabalho. Os resultados são apresentados na tabela V.

[035] Tabela V: Teste de flotação em bancada com amido de milho, variando a dosagem de coletor e as proporções de eterdiamina:etermonoamina.

[036] De maneira comprobatória, para uma amostra diferente e outro tipo de depressor, a proporção de eterdiamina:etermonoamina de 9:1 apresentou novamente melhor resultado de índice de seletividade (testes 21 e 22) comparado aos testes realizados com 100% de eterdiamina (relação 1:0 nos testes 19 e 20) em ambas as dosagens de coletor testadas respectivamente.

[037] Além disso, foi comprovado nestes testes que a utilização de uma proporção maior com relação eterdiamina: etermonoamina de 19:1 (95% eterdiamina: 5% etermonoamina nos testes 23 e 24) pode ser utilizada com ganho de eficiência (maior índice de seletividade) em relação ao uso da eterdiamina pura.

[038] Pode-se observar que o aumento de dosagem para a relação 1:0 (100% de eterdiamina) não é suficiente para atingimento de um %SiO2 menor que 2% conforme pode-se observar nos testes realizados com as relações eterdiamina:etermonoamina 9:1 e 19:1.

[039] Estes resultados são surpreendentes e apresentam um grande potencial de ganho na produtividade e qualidade do concentrado obtido pelo processo de concentração de minério de ferro na aplicação do método de flotação catiônica reversa.

[040] Portanto a presente invenção propicia um processo para concentração de um minério de ferro compreendendo a aplicação de flotação catiônica reversa de concentração de minério de ferro de baixo teor e ganga silicatada; e a aplicação de uma eterdiamina e etermonoamina na proporção em peso de eterdiamina:etermonoamina de 9:1 a 19:1.

[041] O processo apresentado compreende ainda a aplicação de um ou mais agentes químicos depressores, polímeros naturais ou sintetizados, solubilizados termicamente ou quimicamente.

[042] O processo pode ocorrer na presença ou não de outros agentes modificadores, tais como dispersantes, floculantes ou polieletrólitos de qualquer natureza que tenham efeito nas superfícies das partículas minerais presentes ou em qualquer das interfaces do processo de flotação em espuma.

[043] Finalmente, o processo pode ocorrer na presença ou não de um ou mais agentes químicos espumantes, que tenham efeito de controle da espuma formada ou mesmo de co-adsorção nas partículas minerais presentes ou em qualquer das interfaces do processo de flotação em espuma.

[044] O processo pode ser realizado na faixa de pH de 9 a 12, preferencialmente de 10 a 11 e ter uma composição de eterdiamina e etermonoamina cuja proporção em peso de eterdiamina: etermonoamina é de 9:1 a 19:1.

Claims (5)

1. 01. Processo para concentração de um minério de ferro caracterizado por aplicar flotação catiônica reversa de concentração de minério de ferro de baixo teor e ganga silicatada; e aplicar uma eterdiamina e uma etermonoamina na proporção em peso de eterdiamina:etermonoamina de 9:1 a 19:1.
2. 02. Processo para concentração de um minério de ferro de acordo com a reivindicação 01, caracterizado pela aplicação de um ou mais agentes químicos depressores, polímeros naturais ou sintetizados, solubilizados termicamente ou quimicamente.
3. 03. Processo de acordo com a reivindicação 01 ou 02, caracterizado por a aplicação ocorrer na presença ou não de outros agentes modificadores, tais como dispersantes, floculantes ou polieletrólitos de qualquer natureza que tenham efeito nas superfícies das partículas minerais presentes ou em qualquer das interfaces do processo de flotação em espuma.
4. 04. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 01 a 03, caracterizado por a aplicação ocorrer na presença ou não de um ou mais agentes químicos espumantes que tenham efeito de controle da espuma formada ou mesmo de co-adsorção nas partículas minerais presentes ou em qualquer das interfaces do processo de flotação em espuma.
5. 05. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 01 a 04, caracterizado por ser realizado na faixa de pH de 9 a 12, preferencialmente de 10 a 11.