WO2019068160A1

WO2019068160A1 - Processo de concentração de lamas de minério de ferro

Info

Publication number: WO2019068160A1
Application number: PCT/BR2018/050363
Authority: WO
Inventors: Neymayer PEREIRA LIMA; Klaydison CARLAILE SILVA; Maurício Curi Segato
Original assignee: Vale S.A.
Priority date: 2017-10-06
Filing date: 2018-10-03
Publication date: 2019-04-11
Also published as: US11453014B2; RU2020114921A; US20210069729A1; CN111295246A; CA3076830A1; AU2018344171B2; CN111295246B; RU2020114921A3; AU2018344171A1; CL2020000934A1; MX2020003442A

Abstract

A presente invenção se refere a um processo de concentração dos minerais de ferro a partir de lamas provenientes do beneficiamento do minério de ferro, por meio de flotação reversa com pH entre 8,5 e 10,5 com adição de coletor do tipo amida-amina, ou ainda uma mistura do mesmo com coletores catiônicos tradicionais (aminas), na ausência de qualquer agente depressor, incluindo alternativamente uma etapa de concentração magnética de alto campo, o que possibilita a obtenção de concentrado com teor de ferro superior a 66% e teores de SiO₂ + Al₂O₃ inferiores a 4%.

Description

"PROCESSO DE CONCENTRAÇÃO DE LAMAS DE MINÉRIO DE FERRO"

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção destina-se, principalmente, à indústria de mineração, e compreende um processo de concentração dos minerais de ferro contidos em lamas de minério de ferro por meio de flotação catiônica reversa com a adição de coletores do tipo amida-amina, ou ainda, opcionalmente, combinações dos mesmos com coletores tradicionais do tipo catiônicos de cadeia ramificada de base orgânica (aminas), sem adição de reagente depressor; o referido processo incluindo, alternativamente, uma etapa de concentração magnética de alto campo para produção de um produto com elevado teor de ferro, baixo teor de contaminantes e elevada superfície específica.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O principal processo de concentração de minério de ferro utilizado pela indústria da mineração é a flotação. A utilização do processo de flotação requer etapas anteriores de retirada da fração ultrafina de minério, que prejudica a eficiência do processo de concentração. Atualmente, na maioria das plantas industriais, o minério ultrafino é separado utilizando-se o processo de deslamagem, seguido pelo processo de espessamento. A lama adensada resultante é direcionada a barragens convencionais de rejeitos, o que gera uma série de impactos.

[003] Atualmente, a indústria de mineração produz centenas de milhões de toneladas de rejeito por ano. Parte significativa desse material é disposta em barragens, o que gera enormes custos de construção, operação e gestão, assim como sérios riscos ambientais, e riscos de desastres, como rompimentos. Tais riscos representam uma grande preocupação socioambiental, além de ocasionar dificuldades nos processos de licenciamentos.

[004] Apesar dos esforços governamentais, legislação e tecnologias disponíveis, o rom pimento de barragens de contenção de rejeitos de mineração ainda é responsável por acidentes, por vezes catastróficos, com graves consequências económicas, sociais e am bientais. Falhas em barragens podem lançar milhões de metros cúbicos de rejeitos no ambiente, desabrigando comunidades inteiras, contaminando reservas de água potável, como rios e lagos, e provocando devastação da fauna local e nos meios de subsistência humana e animal da região atingida. [005] Considerando esse panorama, o setor de mineração tem realizado grandes investimentos para desenvolver processos que minimizem os impactos produzidos por sua atividade em geral e, em particular, pelos rejeitos de mineração. A criação de processos que visem mitigar os problemas decorrentes do beneficiamento do minério de ferro torna-se, assim, fundamental para a indústria de mineração.

[006] Uma das alternativas para minimização dos impactos, referente à lama gerada pela indústria do minério de ferro, é o desenvolvimento de um processo capaz de reduzir a quantidade deste tipo de material disposto na barragem, por meio da geração de produtos a partir da concentração dessa lama.

[007] A lama gerada em operações de concentração de minério de ferro na região do Quadrilátero Ferrífero, no estado de Minas Gerais, possui teores de ferro que variam de 40% a 50%. Estas lamas são caracterizadas por se constituírem de material ultrafino e, atualmente, são dispostas nas barragens contendo aproximadamente 30% de sólidos em massa.

[008] Alguns processos têm sido utilizados para recuperar minerais de ferro a partir dos rejeitos, diminuindo, assim, sua quantidade e impacto ambiental. Entre eles, pode- se citar a flotação reversa em pH a cerca de 10,5 e com emprego de depressor e coletor catiônico.

[009] Nesse processo tradicionalmente conhecido, adiciona-se à polpa um coletor catiônico, que consiste em um reagente da classe éter-amina, de cadeia ramificada de base orgânica, derivada do petróleo, que tem por finalidade tornar a superfície das partículas de quartzo hidrofóbicas para que, assim, possam ser arrastadas para a superfície por bolhas que são introduzidas no processo. Esse tipo de coletor catiônico normalmente necessita de um curto tempo de condicionamento, aproximadamente 1 minuto, para atuar sobre os minerais a serem flotados.

[0010] Uma vez que esse tipo de coletor catiônico não age de forma seletiva, é necessária a utilização de um reagente depressor, normalmente um polissacarídeo, como o amido. Esse atua alterando a superfície das partículas de óxido de ferro, inibindo a ação do coletor sobre elas e direcionando os minerais de ferro para o afundado.

[0011] A utilização desse processo convencional para recuperar minerais de ferro contidos em lamas, apresenta sérios problemas no que diz respeito a sua eficácia, uma vez que resulta em baixas recuperações metalúrgicas e alto teor de contaminantes no produto final.

[0012] Um dos maiores desafios para a recuperação dos minerais de ferro contidos em lamas é separar, de forma satisfatória, quartzo, caulinita e outros minerais de ganga dos minerais de ferro. A caulinita, constituinte da ganga nas frações mais finas do minério de ferro, é o principal inibidor do processo de flotação reversa tradicional, devido às suas características morfológicas e cargas superficiais.

[0013] No estado da técnica existem processos de separação de ganga contendo caulinita de minerais de interesse, tais como o descrito em Souza et al. (SOUZA, H. S.; TESTA, F. G.; BRAGA, A. S.; KWITKO-RIBEIRO, R.; OLIVEIRA, A. H.; LEAL FILHO, L. S. Desenvolvimento de uma rota de flotação como alternativa para concentração de minérios de manganês de baixo teor. In: ENCONTRO NACIONAL DE TRATAMENTO DE MINÉRIOS E METALURGIA EXTRATIVA. 26., 2015, Poços de Caldas). Nesse caso, o processo consiste em concentrar manganês a partir dos finos produzidos no beneficiamento desse minério onde o principal mineral de ganga é a caulinita. O processo realiza a flotação catiônica reversa utilizando um coletor seletivo para caulinita do tipo amida-amina, e amido modificado como depressor para a depressão do óxido de manganês. Diferentemente do processo utilizado na presente invenção, o minério de manganês passa por uma etapa de deslamagem previamente à flotação, o que significa que a fração ultrafina (< 10 μιη) é retirada do processo. Os resultados mostraram que o processo não teve a eficiência desejada, uma vez que o teor de manganês no concentrado foi de apenas 34%.

[0014] Já Rodrigues (RODRIGUES, O. M. S. Flotação de caulinita em minérios de ferro e bauxíticos. 2012. 170 f. Tese (Doutorado em Engenharia Metalúrgica) - Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2012) descreve um estudo sobre a eficiência de diversos coletores catiônicos e depressores utilizados para separar a caulinita do minério bauxítico e minério de ferro por meio de flotação reversa. O estudo analisou a eficiência de oito coletores distintos como aminas, sais de amina e o DTAB (brometo de dodeciltrimetilamônio). Alguns dos coletores estudados, o CTAB, o Flotigam 2835^® e o DTAB, revelaram boa seletividade em determinadas faixas de pH e na presença ou ausência de certos depressores. Entretanto, em nenhum dos casos se atingiu uma recuperação de ferro satisfatória.

[0015] Situação parecida é descrita no artigo de Rodrigues et al. (RODRIGUES, O. M. S.; ROCHA, D. C; PERES, A. E. C; PEREIRA, C. A.; CURI, A. Seletividade na separação entre caulinita e hematita por flotação. In: ENCONTRO NACIONAL DE TRATAMENTO DE MINÉRIOS E METALURGIA EXTRATIVA. 24., 2011, Salvador, p. 360-366), onde é relatado o uso bem-sucedido de um processo de flotação catiônica reversa utilizando uma amina como coletor e amido como depressor da hematita.

[0016] O documento de Bittencourt et al. (BITTENCOURT, L. R. M.; MILLER, J. D.; LIN, C. L. The flotation recovery of high-purity gibbsite concentrates from a brazilian bauxite ore. In: Adv Mater AppI Miner Metall Process Princ, 1990, Littleton, USA: PubI by Soe of Mining Engineer of AIME, 1990, p. 77-85) apresenta um estudo sobre a concentração de gipsita destinada à produção de refratários a partir de minério bauxitico tendo 50% de gipsita, 35% de quartzo e 15% de caulinita. No processo descrito, a gipsita é concentrada em duas etapas: primeiro, a gipsita e a caulinita são separadas do quartzo por flotação direta em pH 2; em seguida, a caulinita é separada por flotação catiônica reversa com um sal quaternário de amónio usado como coletor em pH 6.

[0017] Todos os processos acima descritos necessitam, além do coletor catiônico, do uso de um agente depressor para obter êxito na recuperação do mineral desejado. Ademais, a separação eficiente do quartzo e da caulinita em lamas de minério de ferro ainda é um obstáculo para o aproveitamento dos rejeitos de seu processamento. A presente invenção se propõe a contornar os problemas descritos.

[0018] A concentração de lamas de minério de ferro por flotação em coluna usando eteramina e amido de milho foi estudada por Rocha (ROCHA, L. Estudo de aproveitamento económico das lamas de uma mineração de ferro, através de concentração catiônica reversa. Dissertação de Mestrado, Escola de Engenharia, Universidade Federal de Minas Gerais, Belo Horizonte, 2008), onde foi descrita a obtenção de concentrado com 67% de Fe e Si0₂ inferior a 1% e recuperação em massa global próximo a 20%, com emprego anterior de microdeslamagem para remoção das partículas inferiores a 5μιη presentes na lama. [0019] O processo desenvolvido, objeto do presente pedido de patente, se insere nesse contexto e apresenta uma solução para diminuir o volume de material descartado durante o beneficiamento de minério de ferro por meio da recuperação dos minerais de ferro contidos nesses rejeitos.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0020] É um objetivo da presente invenção diminuir o volume de lamas, proveniente do processamento de minério de ferro, que atualmente é disposto em barragens.

[0021] Outro objetivo da presente invenção é aumentar o aproveitamento das lamas do processamento do minério de ferro por meio de um processo de concentração dos minerais de ferro presentes nos rejeitos.

[0022] É ainda objetivo da presente invenção promover um processo que obtenha a separação eficiente da caulinita e do quartzo dos minerais de ferro de forma mais simples e económica, com a obtenção de um produto com elevado teor de ferro, baixo teor de contaminantes e elevada superfície específica.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0023] A presente invenção revela um processo de concentração dos minerais de ferro a partir de lamas, sem prévia remoção de partículas ultrafinas (<5 μιη), provenientes do beneficiamento do minério de ferro. Enquanto os processos tradicionais são conduzidos após remoção das partículas ultrafinas (< 5μιη) em pH elevado, da ordem de 10,5, o presente processo se caracteriza por conter uma etapa de flotação reversa com pH entre 8,5 e 10,5 com adição de coletor do tipo amida-amina, ou ainda uma mistura do mesmo com coletores catiônicos tradicionais (aminas). Diferentemente dos processos tradicionais, o processo proposto é realizado na ausência de qualquer agente depressor e tem por finalidade resolver o problema de separar o minério de ferro da caulinita e quartzo, obtendo ainda uma alta recuperação de ferro e, consequentemente, um melhor aproveitamento dos rejeitos. Ainda, o processo de flotação desta invenção pode ser associado a um processo de concentração magnética à úmido com intensidade de campo de 13.000 a 18.000 Gauss e matriz com abertura (gap) de 1,1 a l,5mm.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0024] A presente invenção é detalhadamente descrita com base nas respectivas figuras: [0025] A Figura 1 ilustra um fluxograma comparativo do estado da técnica e da rota de concentração das lamas da presente invenção;

[0026] A Figura 2 ilustra a distribuição granulométrica típica das lamas de minério de ferro;

[0027] A Figura 3 ilustra um fluxograma com o detalhamento das etapas do processo de concentração das lamas do minério de ferro da presente invenção;

[0028] A Figura 4 ilustra a composição mineralógica típica de lamas de minério de ferro;

[0029] A Figura 5 ilustra o teor de ferro (Fe) nos concentrados obtidos nos testes piloto contínuos de flotação em coluna + concentração magnética;

[0030] A Figura 6 ilustra o teor de sílica (Si0₂) nos concentrados obtidos nos testes piloto contínuos de flotação em coluna + concentração magnética; e

[0031] A Figura 7 ilustra o teor de alumina (Al₂0₃) nos concentrados obtidos nos testes piloto contínuos de flotação em coluna + concentração magnética.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0032] Embora a presente invenção possa ser suscetível a diferentes modalidades, são mostradas nos desenhos e na seguinte discussão detalhada, concretizações preferidas com o entendimento de que a presente descrição deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção e não pretende limitar a presente invenção ao que foi ilustrado e descrito aqui.

[0033] A menos que indicado ao contrário, todas as partes e porcentagens são em peso.

[0034] A principal abordagem da presente invenção está relacionada a um processo de concentração de minério de ferro, a partir de lama proveniente do beneficiamento de minério de ferro, compreendendo as seguintes etapas:

a) ajustar o pH da lama a um valor na faixa de 8,5 a 10,5 por meio da adição de uma base;

b) adicionar coletor catiônico do tipo amida-amina, ou uma mistura do dito coletor com um ou mais outros coletores, à lama e realizar o condicionamento desse coletor;

c) ajustar o percentual de sólidos da polpa por meio da adição de água; e

d) realizar a flotação reversa, na ausência de reagente depressor, para obtenção de um concentrado rico em ferro. [0035] O processo de beneficiamento de minério de ferro mais utilizado pela indústria da mineração consiste na flotação. A utilização desse processo requer etapas anteriores de deslamagem, que é a retirada do minério ultrafino, o qual prejudica a eficiência do processo de concentração.

[0036] A deslamagem desse minério, de modo geral, é realizada por meio de hidrociclones. Conforme apresentado pela Figura 1, o overflow da deslamagem, que é composto pelas frações ultrafinas de minério, é conduzido a um processo subsequente conhecido como espessamento. Nesse, a água de processo é recuperada ao mesmo tempo em que é formada uma lama adensada, o underfiow do espessador, contendo 30% de sólidos. No estado da técnica, a destinação dessa lama adensada são as barragens de rejeito, conforme representado pela Figura IA.

[0037] A presente invenção utiliza a referida lama adensada como material de partida, realiza um processo de concentração, conforme apresentado pela Figura 1B, e obtém um concentrado contendo mais de 60% de teor de ferro.

[0038] As lamas de minérios de ferro da presente invenção são preferivelmente oriundas de operações de concentração de minério de ferro na região do Quadrilátero Ferrífero, no estado de Minas Gerais, e são constituídas basicamente por minerais de ganga, principalmente o quartzo e a caulinita, e minerais de ferro. O teor de ferro nas lamas varia de 40% a 50%.

[0039] De modo preferencial, as lamas utilizadas no processo da invenção possuem aproximadamente 30% de sólidos e são compostas por partículas ultrafinas de minério. A distribuição granulométrica típica das lamas de minério de ferro pode ser visualizada por meio da Figura 2. Tipicamente, a lama possui cerca de 50% de partículas abaixo de 10 μιη e 20% abaixo de 3 μιη, além de tamanho máximo de partículas (to size) próximo a 45 μιη.

[0040] Conforme representado pelo fluxograma da Figura 3, a primeira etapa do processo da presente invenção, consiste no ajuste do pH da lama por meio da adição de uma base, preferivelmente hidróxido de sódio (NaOH), até que se atinja um pH entre 8,5 e 10,5, faixa de pH preferencial da presente invenção.

[0041] A segunda etapa do processo consiste na adição de coletores e no condicionamento dos mesmos. Os coletores utilizados na presente invenção são do tipo amida-amina de cadeia linear, formulados a partir de ácidos graxos de origem vegetal, e são seletivos para a extração de quartzo e caulinita. Preferencialmente, a presente invenção utiliza um coletor comercialmente denominado Flotinor-5530^®, produzido pela empresa Clariant^®, que pode ser utilizado sozinho, ou em combinação com coletores catiônicos tradicionais de cadeia ramificada de base orgânica, em diferentes proporções.

[0042] Os coletores são preferivelmente adicionados em uma quantidade que varia entre 50 e 1000 g/t (gramas de coletor por tonelada de lama). Esse valor varia em função da área superficial da lama e percentual de contaminantes (quartzo e caulinita).

[0043] De modo preferencial, é realizado o condicionamento dos coletores em tanque agitado, cujo tempo varia entre 10 e 30 minutos, preferencialmente 20 minutos, com a finalidade de promover e garantir a adsorção dos coletores às partículas de quartzo e caulinita. A necessidade de maior tempo de condicionamento em relação ao processo convencional, que utiliza cerca de 1 minuto, é explicada pela elevada área superficial das lamas de minérios de ferro, o que requer maior tempo para interação entre as partículas minerais e os reagentes coletores.

[0044] De modo preferencial, o processo da presente invenção ocorre sem a adição de qualquer tipo de agente depressor. Observa-se que os depressores atuam na depressão do ferro e também da caulinita. Portanto, a adição de reagentes depressores seria prejudicial uma vez que reduz a seletividade do processo para remoção deste mineral de ganga (caulinita) presente nas lamas de minérios de ferro.

[0045] A terceira etapa do processo da presente invenção consiste na adição de água ao processo, na saída do tanque agitado, para garantir que a polpa possua aproximadamente 20% de sólidos, condição adequada para a etapa seguinte (flotação reversa).

[0046] A quarta etapa do processo da presente invenção consiste na flotação reversa em coluna, meio conhecido no estado da técnica. Nessa etapa, ar, ou qualquer outro gás adequado, é introduzido ao sistema na forma de bolhas, arrastando para a superfície as partículas de quartzo e caulinita.

[0047] A etapa de flotação reversa ocorre, de modo preferencial, em circuito aberto, podendo ser realizada em apenas um estágio ou em mais de um estágio, com um estágio cleoner. O estágio cleoner é uma etapa de flotação que utiliza um concentrado relativamente pobre, proveniente de uma etapa prévia de flotação, e produz um concentrado e um rejeito de teor mais elevado.

[0048] No processo convencional de flotação, o tempo de residência da polpa na coluna de flotação é de aproximadamente 20 min. Na presente invenção é utilizado maior tempo (20 a 60 min, preferencialmente 40 min) devido às características granulométricas da lama: quanto mais finas as partículas, maior tempo necessário para sedimentação. Além disso, o maior tempo de residência se faz necessário para se atingir a velocidade de transbordo adequada para redução do arraste hidrodinâmico das partículas de ferro juntamente à ganga. A taxa de transbordo compreende a razão da taxa de material flotado que sai pelo topo da coluna (ton/h), pela área da seção transversal da coluna (m²). A taxa de transbordo na flotação convencional é de cerca de 5 ton/h/m². Na presente invenção, a taxa de transbordo é de no máximo 2 ton/h/m².

[0049] A utilização de água de lavagem, adicionada no topo da coluna, promove a lavagem da espuma e o direcionamento dos minerais de ferro para o afundado, aumentando, assim, a eficiência de separação. Portanto, a água de lavagem é necessária para reduzir o arraste hidrodinâmico do ferro e direcioná-lo para o afundado.

[0050] A água de lavagem promove também a diluição da polpa. Na presente invenção a polpa deve conter cerca de 15 a 20% de sólidos, preferencialmente 15%. No processo convencional de flotação, o percentual de sólidos é de cerca de 40 a 50%. As características granulométricas da lama exigem maior diluição no meio de flotação, para maior eficiência do contato das partículas de ganga com as bolhas de ar e menor aprisionamento e arraste das partículas de ferro na espuma (arraste hidrodinâmico). Portanto, a quantidade de água utilizada deve ser tal que promova a diluição da polpa para a faixa de 15 a 20% de sólidos.

[0051] Após a etapa de flotação reversa, é obtido um concentrado de ferro. A presente invenção permite recuperar mais de 90% do ferro presente nas lamas e obter concentrados com teores de ferro acima de 60% e baixos teores de impurezas, viabilizando uma possível comercialização desse novo produto que, anteriormente, era descartado como rejeito. [0052] Conforme descrito anteriormente, o processo da invenção em questão ocorre a uma faixa de pH diferente do convencionalmente utilizado, propõe a utilização de coletores diversos daqueles tradicionalmente utilizados até então, com tempo de condicionamento muito superior ao tempo adotado na tecnologia convencional de flotação reversa, e ainda maior tempo de flotação, maior diluição da polpa durante a flotação, além da ausência de qualquer reagente depressor.

[0053] Em uma concretização alternativa da presente invenção, após a etapa de flotação reversa em coluna, o concentrado obtido é enviado para uma etapa de concentração magnética de alto campo, visando a remoção de contaminantes, principalmente quartzo e caulinita que não tiverem sido removidos na etapa de flotação. Nesta etapa, é aplicado campo magnético de 13.000 a 18.000 Gauss, matriz com abertura (gap) de 1,1 a l,5mm, percentual de sólidos na alimentação podendo variar de 15% a 35%, e água de lavagem de 3 a 5 vezes a taxa de alimentação. Podem ser usados equipamentos de concentração magnética com matrizes dispostas horizontalmente ou verticalmente, sendo esta última combinada com pulsação da polpa na bacia.

[0054] Opcionalmente, reagentes químicos podem ser usados na etapa de concentração magnética, visando maior seletividade na separação entre os minerais de ferro e os minerais de ganga, principalmente quartzo e caulinita. Os reagentes químicos são dispersantes, selecionados do grupo consistindo de hexametafosfato de sódio e silicato de sódio, e também o reagente denominado magnetita coloidal. A magnetita coloidal aumenta a susceptibilidade magnética dos minerais de ferro, enquanto os dispersantes promovem a maior dispersão entre os minerais de ferro e os minerais de ganga, promovendo uma maior separação entre eles.

[0055] Os referidos reagentes químicos são adicionados previamente à etapa de concentração magnética, em tanque agitador, com tempo de condicionamento de 2 a 5 minutos.

[0056] As dosagens dos reagentes aplicados durante a etapa de concentração magnética são de 200 a 400 g/t para os dispersantes e 300 a 700 g/t para a magnetita coloidal.

[0057] A combinação das etapas de flotação e concentração magnética promove a remoção de quartzo superior a 95% e caulinita superior a 85%, possibilitando a obtenção de concentrado final com teor de ferro superior a 66% e Si0₂ + Al₂0₃ inferior a 4,0%, além de recuperação em massa global superior a 45% e recuperação metálica superior a 70%.

[0058] Dessa forma, embora tenham sido mostradas apenas algumas modalidades do invento, será entendido que várias omissões, substituições e alterações podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção. As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os aspectos somente como ilustrativas e não restritivas.

[0059] É expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados estão dentro do escopo da invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita para outra são também totalmente pretendidas e contempladas. Também é preciso entender que os desenhos não estão necessariamente em escala, mas que eles são apenas de natureza conceituai. A intenção é, portanto, ser limitada, tal como indicado pelo escopo das reivindicações anexas.

[0060] Os exemplos a seguir são oferecidos no sentido de auxiliar a compreensão da presente invenção e não devem ser considerados como limitativos de seu escopo.

Exemplo 1

[0061] Foram realizados testes de concentração dos minerais de ferro utilizando amostras de lama provenientes do beneficiamento de minério de ferro. As referidas amostras de lama foram oriundas de operações de minério de ferro localizadas na região do Quadrilátero Ferrífero (estado de Minas Gerais, Brasil) e possuíam composição química, mineralógica e granulometria típicas dessa região.

[0062] A Tabela 1 mostra a composição química das amostras de lama que continham cerca de 45% de teor de Fe, 28% de Si0₂ e 3% Al₂0₃. Importante lembrar que a caulinita é o principal mineral portador de Al₂0₃.

Tabela 1 - Composição química das lamas de minério de ferro

Fe Si0₂ P AI2O3 Mn T1O2 CaO MgO PPC (%)

{%) {%) {%) {%) {%) {%) {%) {%)

45,19 28,69 0,076 3,11 0,103 0,116 0,019 0,019 2,87 [0063] Com relação à distribuição granulométrica, as amostras de lama possuíam cerca de 50% de partículas abaixo de 10 μιη e tamanho máximo de partículas (top size) próximo a 45 μιη, conforme apresentado pelo gráfico da Figura 2.

[0064] Com relação à composição mineralógica, as amostras possuíam cerca de 63% de minerais de ferro (principalmente hematita e goethita), 25% de quartzo e 8% de caulinita, conforme mostrado pelo gráfico da Figura 4.

[0065] O ajuste do pH da lama, que possuía 30% de sólidos, foi realizado em tanque agitado com a adição de hidróxido de sódio (NaOH), até que se atingisse o pH 10,5.

[0066] Foi utilizado 152 g/t do coletor Flotinor-5530^®, produzido pela empresa Clariant^®, e o tempo de condicionamento foi de 20 minutos. Adicionou-se água ao processo, na tubulação de saída do tanque agitado, de tal forma que a lama atingisse 20% de sólidos.

[0067] As amostras de lama foram submetidas a testes de flotação em coluna de 6 metros de altura e 8 polegadas de diâmetro, em estágio único, com taxa de alimentação de 80 kg/h. O tempo de residência na coluna de flotação foi de aproximadamente 30 minutos e o percentual de sólidos da polpa se manteve na faixa de 20 a 15%. Não foi adicionado nenhum reagente depressor.

[0068] O concentrado final atingiu com sucesso alto teor de ferro e baixos teores de quartzo e caulinita. Os resultados apresentados pela Tabela 2 registram a obtenção de um concentrado contendo 62,81% de teor de Fe e apenas 3,21% de teor de Si0₂ (quartzo). Grande parte do quartzo foi removido para o rejeito da flotação, e também certa quantidade de caulinita. Além disso, a recuperação metalúrgica de ferro foi bastante elevada: 93,83%.

Tabela 2 - Resultado da rota de concentração de lamas do minério de ferro

Massa Rec. Fe Fe Si0₂ P AI2O3 Mn PPC

Fluxo

(%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%)

Alimentação 100,00 100,00 44,52 29,44 0,077 3,04 0,075 2,60

Concentrado 66,51 93,83 62,81 3,21 0,104 2,50 0,109 3,12

Rejeito 33,49 6,17 8,20 81,54 0,024 4,12 0,007 1,57 Exemplo 2

[0069] As mesmas amostras de lama de minério de ferro utilizadas no exemplo anterior foram testadas com diferentes parâmetros de processo, conforme informações contidas na Tabela 3:

Tipo de coletor: tradicional (éter-amina) ou Flotinor-5530^® (amida-amina) Quantidade de coletor: 50 a 500 g/t

Utilização de depressor: com ou sem amido

. pH: 8,5 a 10,5

[0070] As amostras de lama foram submetidas a testes de flotação em coluna de 6 metros de altura e 8 polegadas de diâmetro, em estágio único, com taxa de alimentação de 80 kg/h.

[0071] Os resultados apresentados na Tabela 3 mostram que utilizando coletores tradicionais do tipo éter-amina, o melhor resultado de recuperação metalúrgica de ferro é cerca de 93%, entretanto é obtido um concentrado com elevado teor de impurezas (Si0₂ > 10%). E, para se obter um baixo teor de sílica no concentrado (3,73%), elevada quantidade de ferro é arrastada para o flotado (arraste hidrodinâmico), o que pode ser comprovado com o baixo valor de recuperação metalúrgica de ferro (cerca de 67%).

[0072] Os testes que utilizaram no mínimo 100 g/t do coletor tipo amida-amina Flotinor- 5530^®, em pH elevado, mostraram bons resultados. O melhor resultado obtido foi o teste que utilizou 152 g/t de Flotinor-5530^®, em pH 10,5, e obteve um concentrado com 63% de ferro, 3% de sílica e recuperação metalúrgica de 94%.

[0073] A utilização de reagente depressor (amido) prejudicou os resultados mesmo utilizando o Flotinor-5530^® como coletor. Os resultados mostraram diminuição da recuperação metalúrgica para cerca de 64%, pois diminui a seletividade do processo.

Tabela 3 - Parâmetros de processos e resultados obtidos em cada teste

Amido Rec. % Fe % Si0₂

Coletor (g/t) PH

(g/t) Metálica (%) Concentrado Concentrado

Tradicional 105 0 8,5 89,23 57,71 10,70 Tradicional 113 0 9,5 67,59 64,01 3,73

Tradicional 115 0 10,5 34,91 55,67 6,48

Tradicional 112 552 8,5 92,58 57,66 10,31

Tradicional 101 497 9,5 70,12 59,28 5,85

Flotinor

199 0 8,5 88,11 61,63 4,55 5530^®

Flotinor

49 0 8,5 96,63 58,43 7,96 5530^®

Flotinor

51 0 9,5 96,87 58,98 7,35 5530^®

Flotinor

47 0 10,5 95,67 53,72 15,3 5530^®

Flotinor

127 0 10,5 95,85 63,68 4,66 5530^®

Flotinor

108 0 9,5 86,18 61,37 4,18 5530^®

Flotinor

101 0 8,5 91,24 61,04 4,74 5530^®

Flotinor

152 0 8,5 87,03 61,94 4,1 5530^®

Flotinor

149 0 9,5 79,04 62,00 3,64 5530^®

Flotinor

152 0 10,5 93,83 62,81 3,21 5530^®

Flotinor

184 0 10,5 93,23 62,32 3,34 5530^®

Flotinor

472 263 8,5 63,73 59,56 4,86 5530^® Flotinor

508 563 8,64 64,52 60,65 4,60

5530^®

Exemplo 3

[0074] Foram realizados testes de concentração magnética com o concentrado da etapa de flotação em escala piloto, com taxa de alimentação variando entre 80 kg/h e 200 kg/h. Foram testados equipamentos com matriz disposta horizontalmente sem pulsação da polpa e equipamentos com matriz disposta verticalmente com pulsação da polpa na bacia, ambos com percentual de sólidos variando de 15 a 35%, campo magnético de 13.000 a 18.000 Gauss e matriz com abertura (gap) de 1,1 a l,5mm. Os testes foram realizados com e sem adição de reagentes químicos. Os resultados obtidos são mostrados na Tabela 4 a seguir.

Parâmetros de processos e resultados obtidos nos testes de concentração

Rec.

Magnetita % Si0₂

Campo Gap Dispersante Met. %Fe

Matriz coloidal + AI2O3

(Gauss) (mm) (g/t) (%) Cone.

(g/t) Cone.

Vertical 13.000 1,5 0 0 74,86 67,33 3,08

Vertical 13.000 1,5 0 0 73,18 67,69 2,10

Vertical 13.000 1,5 0 0 73,10 66,35 3,46

Vertical 13.000 1,5 0 0 49,42 57,43 11,75

Vertical 13.000 1,5 300 0 69,34 63,63 4,17

Vertical 13.000 1,5 0 0 64,54 64,42 6,38

Vertical 13.000 1,5 0 500 69,84 64,71 5,32

Horizontal 13.000 1,1 0 0 70,50 65,23 5,83 Horizontal 18.000 1,1 0 0 66,30 66,40 4,09

[0075] Os resultados da Tabela 4 evidenciam que a aplicação da concentração magnética de elevado campo, após a etapa de flotação, possibilita a obtenção de concentrado com teor de ferro acima de 67%. A adição de 300 g/t de hexametafosfato de sódio como dispersante possibilita aumento do teor de ferro no concentrado de 57,43% para 63,63% e redução dos teores de Si0₂+Al₂0₃ de 11,75% para 4,17%. A adição de 500 g/t de magnetita coloidal promoveu aumento na recuperação metálica de 64,54% para 69,84% e redução nos teores de Si0₂ + Al₂0₃ de 6,38% para 5,32%.

[0076] Os testes apresentados na Tabela 4 comprovam também que o aumento do campo magnético de 13.000 Gauss para 18.000 Gauss promove aumento no teor de ferro de 65,23% para 66,40% e redução no teor de Si0₂ + Al₂0₃ de 5,83% para 4,09%.

Exemplo 4

[0077] Adicionalmente, foram realizados testes em escala piloto em regime contínuo, usando coluna de flotação de 508 mm de diâmetro e 4 metros de altura na etapa rougher e concentração magnética com campo de 13.000 Gauss, gap de 1,5mm e com leito pulsante em equipamento Longi LGS-500EX 1,3 T na etapa cleaner. Os testes foram realizados com taxa de alimentação de 500 kg/h, 35% de sólidos, 200 g/t do coletor Flotinor 5530, pH 10,5, 700 litros/h de água de lavagem, campo magnético de 13.000 Gauss, gap de 1,5mm e 300 rpm de pulsação da bacia. Os resultados obtidos são mostrados na Tabela 5 a seguir e nas Figuras 5, 6 e 7.

Tabela 5 - Resultados em escala piloto em coluna de flotação + concentração magnética

Circuito: Coluna (rougher) + Concentração magnética (cleaner)

Rec. Massa Rec. Metálica Química (%)

Fluxo Blaine (cm²/g)

(%) (%) Fe Si02 AI203

Alimentação 100,00 100,00 44,79 30,87 2,70 XX

Concentrado G 78,15 92,69 53,13 17,40 2,98 XX

Rejeito RG 21,85 7,31 14,98 73,08 3,78 XX

Concentrado CL 51,78 76,50 66,18 2,68 0,84 2.500 a 3.500

Rejeito CL 26,36 16,19 27,51 63,18 7,17 XX [0078] Os resultados evidenciam que a flotação em coluna seguida de concentração magnética possibilita a obtenção de concentrado com teor de ferro superior a 66% e teores de Si0₂ + AI2O3 inferiores a 4%. Além disto, esta rota possibilita a obtenção de concentrado de ferro com superfície específica (blaine) superior a 2.500 cm²/g, que permite a utilização do referido concentrado como insumo (pellet feed) para o processo de pelotização, podendo inclusive promover redução do consumo de energia na etapa de moagem para obtenção de feed com superfície média de 1500 cm²/g-

Claims

REIVINDICAÇÕES

1. PROCESSO DE CONCENTRAÇÃO DE MINERAIS DE FERRO, a partir de lama proveniente do beneficiamento de minério de ferro, caracterizado pelo fato de compreender as seguintes etapas:

c) ajustar o percentual de sólidos da polpa por meio da adição de água; e

d) realizar a flotação reversa, na ausência de reagente depressor, para obtenção de um concentrado rico em ferro.

2. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que compreende ainda uma etapa de concentração magnética a úmido de alto campo após a etapa d).

3. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as lamas compreendem partículas ultrafinas contendo minerais de ferro e minerais de ganga (principalmente quartzo e caulinita).

4. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que os minerais de ferro consistem principalmente em hematita e goethita, e o teor de ferro é de 40 a 50%.

5. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que as lamas possuem 20 a 40% de sólidos.

6. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a base adicionada na etapa a) é hidróxido de sódio (NaOH).

7. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coletor catiônico do tipo amida-amina é um coletor de cadeia linear formulado a partir de ácidos graxos de origem vegetal.

8. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado pelo fato de que o coletor catiônico do tipo amida-amina utilizado é comercialmente denominado Flotinor-5530^®.

9. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que os outros coletores são selecionados dentre coletores catiônicos de cadeia ramificada de base orgânica da classe éter-amina.

10. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o coletor é adicionado em uma quantidade na faixa de 50 a 1.000 g/t (gramas de coletor por tonelada de lama).

11. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tempo de condicionamento do coletor, na etapa b), varia entre 10 a 30 minutos, preferencialmente 20 minutos.

12. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, na etapa c), o ajuste do percentual de sólidos é realizado de modo que a polpa possua um teor de sólidos na faixa de 15 a 25%, preferencialmente 20% de sólidos.

13. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que, na etapa d), a flotação reversa ocorre preferencialmente em colunas de flotação, com adição de água para lavagem da espuma e direcionamento dos minerais de ferro para o afundado.

14. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 13, caracterizado pelo fato de que a água de lavagem é adicionada em quantidade que promova a diluição da polpa para a faixa de 15 a 20% de sólidos.

15. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que o tempo de residência da polpa na coluna de flotação, na etapa d), é de 20 a 60 minutos, preferencialmente 40 minutos.

16. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a taxa de transbordo da flotação, na etapa d), é de no máximo 2 ton/h/m².

17. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a flotação reversa, na etapa d), ocorre em circuito aberto e em um estágio.

18. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a flotação reversa, na etapa d), ocorre em circuito aberto em mais de um estágio com um estágio cleaner.

19. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que, na etapa de concentração magnética a úmido de alto campo, a intensidade de campo é de 13.000 a 18.000 Gauss.

20. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que são empregados equipamentos de concentração magnética com matrizes dispostas horizontal ou verticalmente, com ou sem movimento de pulsação da polpa na bacia.

21. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que são empregados reagentes dispersantes selecionados do grupo consistindo de hexametafosfato de sódio e silicato de sódio.

22. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que é empregada magnetita coloidal como reagente.

23. PROCESSO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado pelo fato de que o concentrado de ferro obtido possui teor de ferro acima de 66% em peso, Si0₂ + Al₂0₃ inferior a 4,0%.