PT100091A - Metodo de condicionamento de um material portador de um metal de base e de producao de um concentrado de um metal de base - Google Patents

Description

ÂMBITO DO INVENTO O presente invento diz respeito a um método de tratamento de um material portador de um metal de base com vista à recuperação de um concentrado metálico. Este método é tipicamente aplicado para o tratamento de resíduos de um metal de base.

ANTECEDENTES DO INVENTO

Apesar da descrição do invento que irá ser apresentada a seguir ser feita com referência ao tratamento de resíduos, o invento não se limita a esse caso.

Os resíduos de um metal de base são tipicamente produzidos em resultado das operações de purificação dos minérios realizadas numa jazida de minérios, esses resíduos podem conter quantidades de metais de base, como por exemplo cobre, chumbo, zinco e níquel, que sejam significativas sob o ponto de vista comercial. Nesses casos, os operadores das minas têm desejado recuperar esses metais de base retirando-os dos resíduos de uma maneira que seja viável sob o ponto de vista económico. Nesse caso os resíduos vão ser recuperados por meio de um processo de dragagem ou de contenção por meio de represa ou comporta e depois submetidos a um processo de concentração, que pode incluir a flotação e/ou outras técnicas como por exemplo a gravidade, a fim de se produzir concentrados de metal de base. Estes processos de flotação dos resíduos podem, se bem que não exclusivamente, ser aplicados à concentração de minerais de sulfureto de zinco a partir de resíduos.

No entanto, os minérios contidos numa represa para decantação dos resíduos reagem normalmente dum modo muito deficiente a um processo de flotação. Isso é devido ao ambiente -4- -4-

químico em que eles foram armazenados a seguir ao tratamento prévio a que foram submetidos. Além disso, devido ao seu geralmente baixo teor de metal de base, é necessário proceder-se a um elevado grau de beneficiação a fim de se poder obter um concentrado com valor comercial.

Em consequência disso, os tratamentos desses resíduos por meio de um processo flotação têm tido apenas um sucesso limitado na obtenção de concentrados de metal de base de confiança e com valor comercial.

SUMÁRIO DE MODELOS DE REALIZAÇÃO DO INVENTO

Por conseguinte, têm sido feitas investigações que incidem nos efeitos resultantes das alterações no condicionamento do material portador de um metal de base e nas condições de flotação do tratamento subsequente.

Surpreendentemente descobriu-se que era possível obter uma melhoria do nível de recuperação do concentrado de metal de base em ligação com a recuperação de pirite com um baixo teor de metal durante a realização da etapa de flotação submetendo o material portador de um metal de base (por exemplo, resíduos) a um tratamento de condicionamento especial.

Mais precisamente, é proporcionado um método de condicionamento de um material portador de um metal de base com vista à subsequente produção de um concentrado do metal de base, caracterizado por compreender as operações que consistem em formar uma lama que apresente uma densidade de pelo menos 20% de sólidos por meio da adição de água ao material portador do metal de base, e em manter a lama a um pH de pelo menos 7 durante um predeterminado período de tempo. Caso seja necessário, o pH da lama ser mantido com o valor desejado pór meio da adição de alcali (por exemplo, cal ou soda cáustica). 0 metal de base é de preferência o cobre, o chumbo, o zinco e/ou o níquel. 0 pH da lama é mantido de preferência com um de valor compreendido entre 7,0 e 8,5. A densidade da lama deve ter de preferência um valor compreendido entre 30% e 60% de sólidos. 0 predeterminado período de tempo do condicionamento ter ter de preferência um valor compreendido entre cerca de 1 hora e cerca de 2 horas. A fim de se optimizar o condicionamento da superfície do material portador de um metal de base é conveniente agitar a lama. No caso de um modelo de realização preferencial do invento, o método de condicionamento de um material portador de um metal de base com vista à subsequente produção de um concentrado do metal de base, é caracterizado por compreender as operações que consistem em formar uma lama que apresente uma densidade de pelo menos 20% de sólidos por meio da adição de água ao material portador do metal de base, e em manter a lama a um pH de pelo menos 7 durante um período de tempo superior a cerca de 1 hora ao mesmo tempo que se vai agitando a lama.

Descobriu-se que a regulação de um valor mínimo para a densidade da pasta e de preferência a agitação da lama permitiam obter tempos de condicionamento inferiores àqueles que eram previamente esperados. Quanto maior for a densidade da pasta ou mais intensa for a agitação menores serão os tempos de condicionamento . A agitação pode ser feita por meio de qualquer sistema adequado. No entanto, o sistema deverá de preferência induzir no seio da lama um deslocamento tangencial entre camadas adjacentes ao mesmo tempo que mantém a lama em suspensão.

No caso de o material portador do metal de base ser constituído por resíduos, estes podem incluir esfalerite, pirite e outros minérios sulfureto dum metal de base misturados com materiais de ganga não sulfureto (por exemplo, talco, clorite e quartzo).

Investigações realizadas também revelaram que a temperatura da lama tem pouco efeito sobre a etapa de condicionamento apesar das temperaturas elevadas poderem afectar subsequentemente os reagentes de flotação. Do mesmo modo, durante este condicionamento não é necessário adicionar os reagentes de flotação. No entanto, podem ser adicionados modificadores de pH. De facto é preferível que aqueles reagentes (os que não são os modificadores de pH) sejam adicionados depois da etapa de condicionamento. A afinação na realização prática do processo de acordo com o invento apresenta potencialmente importantes implicações comerciais no que diz respeito a um maior grau de aproveitamento e de fiabilidade da recuperação. O condicionamento apresenta recuperações simplificadas, fiáveis e repetíveis de concentrado de metal de base.

De acordo com outro modelo de realização do presente invento, também é proporcionado um método de produção de um -7- concentrado de metal de base a partir de um material portador do metal de base, que compreende as seguintes operações: (a) recuperar os resíduos portadores do metal de base e colocá-los num ou mais reservatórios; (b) adicionar água aos resíduos de maneira a formar-se uma lama que apresente uma densidade de pelo menos 20% de sólidos;

(c) manter a lama a um pH de pelo menos 7 durante um período de tempo de cerca de l hora ou mais; (d) adicionar pelo menos um reagente de flotação à lama; (e) submeter a lama a um processo de flotação, a fim de se recuperar o concentrado do metal de base; e (f) remover a água (por exemplo por meio de engrossa mento e de filtragem) do seio do concentrado do metal de base.

De acordo com outro modelo de realização do presente invento, também é proporcionado um método de produção de um concentrado de metal de base a partir de um material portador do metal de base, que compreende as seguintes operações: (a) recuperar os resíduos portadores do metal de base e colocá-los num ou mais reservatórios; (b) adicionar água com um pH de pelo menos 5 aos resíduos de maneira a formar-se uma lama que apresente uma densidade de pelo menos 20% de sólidos; -8-

(c) agitar a lama ao mesmo tempo que se mantém a lama a um pH de pelo menos 7 durante um período de tempo até cerca de 2 horas; (d) adicionar pelo menos um reagente de flotação à lama; (e) submeter a lama a um processo de flotação, a fim de se produzir o concentrado do metal de base; e

base. (f) remover a água do seio do concentrado do metal de

Quando isso for necessário, a água é tratada de maneira a manter o valor do pH pela adição de reagentes alcali como por exemplo a soda cáustica ou a cal.

Deverá ser de preferência utilizado um certo número de reservatórios de modo a proporcionar uma boa capacidade de compensação, a fim de se assegurar um fornecimento contínuo e o necessário condicionamento para uma subsequente flotação bem sucedida.

A flotação é geralmente realizada num certo número de etapas (quatro, por exemplo), compreendendo uma fase mais grosseira seguida de um certo número de fases de limpeza (três, por exemplo). Após a fase de limpeza final procede-se à remoção da água do seio do concentrado de zinco como metal de base.

Os reagentes de flotação são utilizados de preferência depois da lama ter sido pré-condicionada, a fim de fazer com que o mineral desejado se torne selectivamente receptivo ao processo de flotação. A adição de reagente é feita de maneira a ajustar-se ao mineral ou aos minerais a partir dos quais se deseja recuperar o metal de base.

No caso da recuperação de um material portador de zinco, descobriu-se que era preferível utilizar um determinado tipo de reagentes. Os reagentes adicionados podem ser classificados em três grupos, designadamente: (1) activadores (como por exemplo, o CuS04); (2) depressores (como por exemplo, o metabissulfito de sódio (MBS)); e (3) colectores (como por exemplo, o amil-xantato de potássio (PAX), o isobutil-xantato de sódio (SIBX) ou uma formulação de ditiofosfato tionocarbamato (por exemplo, o AERO 4037)).

Os reagentes utilizados na etapa mais grosseira são normalmente o CuS04, o MBS, um alcali e o SIBX, ou o CuS04, o SBS, um alcali e o SIBX. Uma composição preferencial de reagentes para a flotação é a seguinte: 1.000 g/t, de MBS; 500 g/t, de CuS04; 100 g/t, de SIBX; a um pH de valor compreendido entre 9 e 9,5.

Os reagentes utilizados na primeira e na segunda etapas de limpeza são normalmente um alcali e o SIBX, de preferência nas seguintes quantidades: 300 g/t, de NaOH e 0-10 g/t, de SIBX.

Na primeira etapa de limpeza, o pH da lama deverá ter de preferência um valor compreendido entre 10 e 11,5 e ainda mais preferencialmente entre 10,2 e 10,4, ao passo que na segunda etapa de limpeza o pH deverá ter de preferência um valor compreendido entre ll e 12.

Na terceira etapa de limpeza é geralmente utilizado um alcali, tipicamente numa taxa de adição suficiente para dar origem a um pH com um valor de pelo menos 11,0. A título de exemplo, a densidade da lama para a etapa mais grosseira deverá ter um valor de cerca de 25% - 40% de sólidos e de preferência de 20% - 35% de sólidos.

Os resíduos provenientes da etapa mais grosseira podem ser bombeados directamente para um local de despejo. A água pode ser recuperada a fim de poder voltar a ser novamente utilizada. Não são muito evidentes os motivos pelos quais o condicionamento de acordo com o invento produz uma significativa melhoria na recuperação dos concentrados de um metal de base. No entanto, pensa-se que resultam de desgastes que dão origem à formação de partículas com uma superfície mais limpa e/ou a uma certa desagregação das partículas que faz aumentar a libertação dos minérios. Em qualquer dos casos as partículas são tornadas mais susceptíveis às subsequentes técnicas de flotação.

BREVE DESCRICÃO DOS DESENHOS O invento irá ser em seguida melhor ilustrado com referência aos desenhos e exemplos anexos nos quais: a Figura 1 é um gráfico onde se acha traçada a curva representativa dos valores do teor de Zn em função dos valores da recuperação do Zn para a etapa mais grosseira no caso de uns resíduos que foram condicionados e de outros resíduos que não -11- -11-

foram condicionados e que foi obtida por meio de ensaios realizados sobre produtos obtidos de acordo com o método da técnica anterior; a Figura 2 é um gráfico onde se acha traçada a curva representativa dos valores da recuperação do Zn em função dos valores do teor de Zn para o processo de acordo com o presente invento; a Figura 3 é um fluxograma do circuito de flotação utilizado na subsequente investigação do processo de acordo com o presente invento; e a Figura 4 é um gráfico onde se acha traçada a curva representativa dos valores do teor de Zn em função dos valores da recuperação do Zn para uma série de amostras obtidas sob diferentes condições de condicionamento.

Em investigações preliminares, a primeira tentativa para se recuperar Zn a partir de resíduos foi realizada por meio de um processo de duas etapas em que os resíduos foram submetidos a um processo de aeração no seio de uma lama e depois um concentrado de massa foi separado da lama por meio de um processo de flotação. As condições em que foi realizada a etapa de aeração (2-6 horas) foram de 40% de sólidos misturados numa solução com um pH de valor igual a 3 que continha uma quantidade mínima de cobre (aproximadamente 3 - 500 ppm de Cu). Sob estas condições, por meio de um processo de lixiviação foi removido até 20% do zinco contido (10 - 20 g/1, de Zn) e a estrutura das partículas foi modificada. À aeração seguiu-se uma flotação realizada ao pH natural da solução de aeração utilizando um reagente de flotação constituído por um ácido gordo. Foi produzida uma massa de concentrado de z inco/chumbo.

Quando estes parâmetros foram realizados com resíduos provenientes das Minas de Woodlawn, Nova Gales do Sul, Austrália, os resultados não foram reproduzidos. O processo foi então modificado de maneira a realizar-se a flotação de um concentrado de baixo teor de zinco (8 - 10% de zinco a 80% de recuperação) utilizando água com um pH de valor igual a 3 contaminada com iões metálicos. A etapa de flotação também promoveu a recuperação da pirite do seio dos resíduos.

Apesar do processo ter sido definido numa instalação piloto, foi produzido um concentrado de flotação que deu origem à obtenção de uma menor quantidade de pirite por meio de um processo de separação por flotação e que continha um concentrado mais grosseiro de elevado teor de zinco com uma baixa percentagem de recuperação de peso - tipicamente 40% de zinco para uma recuperação de 40%.

As condições em que foi realizada a flotação foram as seguintes:

1.000 g/t, de MBS 500 g/t, de CuS04 75 g/t, de PAX pH 7,0 - 7,5 utilizando água da torneira

Procedeu-se então à realização de ensaios laboratoriais a fim de se identificar as condições por meio das quais era possível obter estes resultados. A utilização do mesmo regime de reagentes no laboratório não deu origem aos mesmos resultados que foram obtidos na Instalação Piloto, isto é, no concentrado foi recuperada uma substancialmente maior quantidade de pirite. -13-

Procedeu-se então à investigação da prática seguida na Instalação Piloto. 0 processo utilizado para realizar a mistura de uma carga ou lote de resíduos para alimentação foi identificado como constituindo a diferença principal. Existia um atraso de pelo menos duas horas entre o momento em que a lama era preparada e o momento em que se procedia à realização do ensaio de flota-ção.

Este processo foi simulado no laboratório através do condicionamento da amostra de lama no interior da célula de flotação com água a um pH de valor compreendido entre 5 e 7. Obtiveram-se resultados semelhantes aos da Instalação Piloto. Na Figura 1 encontra-se representado um exemplo dos resultados que revelam este efeito do condicionamento.

Foi utilizado o seguinte esquema de reagentes de flotação: 1.000 g/t, de MBS 500 g/t, de CuS04 75 g/t, de PAX pH 7,0 - 7,5

No entanto, descobriu-se que este efeito do condicionamento era variável com o processo, sendo ineficaz para certas localizações das amostras.

Entre as variáveis que foram investigadas enóontram-se incluídas o tempo, a temperatura e a densidade da pasta. Neste trabalho foi incluída a optimização dos reagentes de flotação. -14- -14-

TEMPERATURA

As indicações iniciais apontavam no sentido de que através do aumento da temperatura era possível fazer diminuir o tempo de condicionamento. Isto não provou ser verdadeiro durante a realização destes ensaios, tendo-se concluído que a temperatura de condicionamento ideal se achava compreendida entre os 20 e os 40°C. 0 efeito da temperatura encontra-se representado no Quadro l. i

Quadro 1 - Variação de Resultados em Função da Temperatura de Condicionamento

TEMPERATURA TEOR DO CONCENTRADO DE ZINCO RECUPERAÇÃO DO ZINCO °C % % 20 30 15,4 62 40 14,1 65 60 3,4 33 80 1/8 6

Os reagentes de flotação foram destruídos às temperatu ras mais elevadas (+40°C).

TEMPO

Foi estabelecido um período de tempo mínimo de condicionamento de cerca de 2 horas e no Quadro 2 encontra-se representada a variação em função do tempo de condicionamento.

Quadro 2 - Variação de Resultados em Função do Temoo de Condicionamento

TEMPO HORAS TEOR DO CONCENTRADO DE ZINCO RECUPERAÇÃO DO ZINCO 0 12 69 0,5 14 49 1 19 74 2 24 75

DENSIDADE DA PASTA

Os ensaios revelaram que não existe variação nos resultados da flotação quando a densidade da pasta variou entre os valores de 30 - 60% de sólidos durante o condicionamento.

REAGENTES DE FLOTACÃO

Foi avaliada uma série de reagentes para a flotação. 0 resultado final consistiu na escolha do PAX e da Cianamida Aero 4037 para a flotação.

Os resultados foram ainda variáveis em função da localização das amostras, os ensaios realizados até ao presente momento limitaram-se a amostras recolhidas junto à superfície.

Neste momento foi realizada uma estimativa técnica de +/- 30% para o processamento de 3 milhões de toneladas de resíduos. -17- m

Nesta etapa o regime de pH foi aumentado para um valor de pH compreendido entre 9 e 9,5. A base conceptual para a flotação foi definida do seguinte modo:

1.000 g/t, de MBS 500 g/t, de CuS04 50 g/t, de PAX 50 g/t, de 4037 pH 9,0 - 9,5

Em conjunção com este estudo foi realizado um programa de recolha de amostras do núcleo da represa para decantação dos resíduos nas Minas de Woodlawn e as condições de pré-condiciona-mento e de flotação foram ensaiadas em zonas do núcleo.

A anteriormente referida variabilidade nos resultados em função da localização não se verificou neste caso. A análise dos resultados mostrou que isso poderia dever-se ao facto de que o pH natural da lama ser sempre superior a 7.

Durante o período de 2 horas de condicionamento o pH também se manteve com um valor superior a 7. A importância da manutenção do pH com um valor não inferior a 7 durante o período de condicionamento foi confirmada quando se constatou que as amostras que não tinham reagido previamente à técnica passaram a fazê-lo quando o pH da lama foi -18- -18-

ajustado para um valor superior a 7 através da adição de cal para o período de condicionamento.

As recuperações mais grosseiras de zinco para as amostras do núcleo apresentaram valores médios compreendidos entre 83 e 85% em comparação com os anteriores 75%. 0 teor de Zn na alimentação variou entre 2 e 7%. A sequência da flotação foi definida do seguinte modo:

Condicionamento 2 horas pH >7,0

Flotacão 1.000 g/t, de MBS 500 g/t, de CuSO 50 g/t, de PAX 50 g/t, de 4037 PH 9, ( D - 9, ,5 O estudo de +/- 30% revelou que o projecto devia ser feito com base numa avaliação mais detalhada. Isto dizia particularmente respeito às condições de flotação. Descobriu-se que o colector combinado de PAX e de 4037 não era satisfatório durante a realização de ensaios em ciclo fechado. O colector foi substituído apenas pelo SIBX que corrigiu essa situação e ofereceu a vantagem adicional de se utilizar apenas um único colector na totalidade de todos as jazidas ou minas. O alcali utilizado para a alteração do pH também variou ao mesmo tempo que eram feitas investigações acerca da cal e da soda cáustica. Cada um deu resultados semelhantes.

As condições de beneficiação foram definidas do seguinte modo:

Condicionamento 2 horas - mínimo pH >7,0

Flotacão 1.000 g/t, de MBS 500 g/t, de CuS04 100 g/t, de SIBX pH 9,0 - 9,5

Também foram realizadas investigações sobre os resultados obtidos com tempos de condicionamento prolongados até 24 horas, não se tendo verificado quaisquer alterações significativas para períodos superiores a 2 horas.

Os resultados típicos que a utilização destas condições tem sobre os resíduos consistem no facto do concentrado mais grosseiro apresentar um teor de zinco de valor compreendido entre os 20 e os 25% para uma recuperação do zinco de valor compreendido entre os 80 e os 85% em 10% do peso. 0 valor típico da recuperação do ferro no seio do concentrado mais grosseiro é de cerca de 10%. A limpeza permite obter um concentrado final com 47% de zinco para uma recuperação de 61%. -20-

Na Figura 2 encontra-se representada a recuperação optimizada de Zn para uma amostra com uma composição média da represa. Estes resultados foram obtidos com um tempo de condicionamento médio de 1 hora ou mais.

Foram realizadas mais investigações com vista à redução dos períodos de tempo de condicionamento sem que ao mesmo tempo se deixe pelo menos de manter a integridade da recuperação.

Procedeu-se à formação de uma lama através da introdução de resíduos e água provenientes das Minas de Woodlawn no interior de dois grandes tanques de armazenagem. A lama foi mantida dentro de cada um dos tanques durante um período de tempo de aproximadamente 10 horas. Estes tanques foram cheios durante o dia e funcionaram continuamente. A alimentação foi obrigada a passar através desses tanques antes de ser enviada para a instalação de condicionamento. A lama contida no interior dos tanques de armazenagem foi continuamente submetida a uma agitação suave a fim de se assegurar que lama a ser enviada para a instalação de condicionamento apresentasse uma densidade de pasta de valor previsível.

Na instalação de condicionamento, a lama foi mantida durante um período de tempo de aproximadamente 1 hora com um valor de pH de cerca de 7,7. Durante este período de tempo a lama apresentou uma densidade de pasta com um valor de aproximadamente 35%. A lama também foi agitada durante este período por meio de um agitador capaz de induzir no seio da lama um elevado deslocamento tangencial entre camadas adjacentes. Os pormenores do agitador são os seguintes: -21-

Tipo de Agitador

Velocidade do Agitador

Coeficiente de Potência do Rotor (Np)

Coeficiente de Bombagem do Rotor (Nq)

Potência Instalada/Volume Unitário Binário/Volume Unitário Relação Diâmetro do Rotor/

I

Escoamento Axial de Nível Duplo/Turbina Radial 6.2 m/s 0,37 Escoamento Axial 5,0 Turbina Radial 0,62 Escoamento Axial 0,72 Turbina Radial 2.2 kw/m3 206 Nm/m3 l,2m/4,25m = 0,28

Diâmetro do Tanque A lama condicionada foi depois submetida a um circuito de flotação sob as seguintes condições:

Flotacão 600 g/t, de SC>2 adicionado a SBS ou a MBS 500 g/t, de CuS04 100 g/t, de SIBX pH 9,0 - 9,5

O circuito de flotação foi realizado em várias etapas separadas. Cada uma dessas etapas foi iniciada com uma alimentação que foi separada num concentrado e num resíduo. Foi inicialmente produzida uma etapa mais grosseira seguida por três etapas de limpeza. A alimentação para a etapa mais grosseira feita a partir da instalação de condicionamento e os produtos resultantes de cada etapa proporcionaram a alimentação para cada uma das etapas sucessivas e o resíduo foi obrigado a regressar a cada uma das etapas precedentes. 0 circuito encontra-se representado na Figura 3.

Os resultados dos ensaios encontram-se representados na Figura 4. A Figura 4 é um gráfico onde se acha traçada as curvas Ν : representativas dos valores do teor de Zn em função dos valores da recuperação do Zn para uma série de amostras. Em particular as quatro diferentes amostras ensaiadas foram as que se indicam a seguir: AMOSTRA TA-201 OLAB - Esta amostra nao sofreu qualquer condicionamento antes de ter sido submetida à operação de flotação. AMOSTRA TA-201 6OLAB - Esta amostra sofreu uma operação de condicionamento durante 60 minutos numa célula de flotação de laboratório. AMOSTRA TA-201 60W3,8 - Esta amostra sofreu uma operação de condicionamento durante 60 minutos ao mesmo tempo que era agitada com um agitador animado de uma velocidade de 3,8 m/s. O agitador era uma agitador de escoamento axial de nível duplo/turbina radial construído à escala laboratorial. AMOSTRA TA-201 60W6,4 - Esta amostra sofreu uma operação de condicionamento durante 60 minutos ao mesmo tempo que era agitada com o mesmo agitador mas agora animado de uma velocidade de 6,4 m/s.

Estes exemplos revelaram que os condicionamentos realizados durante períodos de tempo inferior a 2 horas, em particular durante cerca de 1 hora, ao mesmo tempo que se promovia a agitação da lama, melhoraram a recuperação por flotação de um metal de base a partir do material portador do metal de base.

Por conseguinte, por meio da escolha de uma determinada gama de valores do pH e de um tempo de permanência mínimo é -23- -23- base possível melhorar a recuperação por flotação de um metal de a partir do material portador do metal de base.

Lisboa, 4 de Fevereiro de 1992

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J. PEREIRA DA CRUZ Agente Oficial da Propriedade Industrial RUA VICTOR COROON, 10-A 3.® 1200 LISBOA