Beneficiamento

O tratamento de minério consiste de uma série de processos que têm em vista a separação física dos minerais de minérios (calcopirita e bornita) e minerais de ganga (não possuem interesse econômico e são rejeitados, por exemplo: quartzo, feldspato, etc) e a obtenção final de um concentrado com um teor elevado de cobre. O processamento do cobre depende da sua forma, se sulfetada ou oxidada.

Os principais métodos são:

  • Fragmentação
  • Moagem
  • Classificação
  • Concentração

Fragmentação

A fragmentação é o processo de redução de granulométrica e a separação de dos minerais de minério e ganga. Pode incluir as etapas de britagem ou britagem associada à moagem

Britador

Moagem

É feita através de moinhos de bolas, alimentado por correias transportadoras. Os moinhos diminuem ainda mais a granulação do material.

Moinho de bolas

Classificação

Classificação é o processo de separação de partículas por tamanho. A classificação opera, geralmente, junto com as etapas de fragmentação. Os equipamentos mais comuns são: peneiras, classificadores mecânicos e ciclones.

Concentração

A concentração de minérios ocorre quando é preciso separar os minerais de interesse dos que não o são. Para que essa separação ocorra, é preciso que o ou os minerais de interesse não estejam fisicamente agregado aos que não são de interesse, daí a importância das etapas de fragmentação e classificação, que realizam e monitoram essa separação, respectivamente. É nesta fase que ocorre o beneficiamento.

A principal técnica utilizada na indústria do cobre é a flotação, que permite a obtenção de concentrados com elevados teores e expressivas recuperações.  É aplicado no beneficiamento de minérios com baixo teor e granulometria fina. O processo se baseia no comportamento físico-químico das superfícies das partículas minerais presentes numa suspensão aquosa. A utilização de reagentes específicos, denominados coletores, depressores e modificadores, permite a recuperação seletiva dos minerais de interesse por adsorção em bolhas de ar. Os equipamentos tradicionalmente adotados se dividem em 2 classes, mecânicos e pneumáticos, dependendo do dispositivo utilizado para efetivar a separação.

Célula de flotação

Outras técnicas são:

  • Separação/concentração gravítica ou gravimétrica: método que apresenta bons resultados com baixo custo. O processo se baseia na diferença de densidade existente entre os minerais presentes, utilizando-se de um meio fluido (água ou ar) para efetivar a separação/concentração, os equipamentos tradicionalmente utilizados são os jigues, mesas vibratórias, espirais, cones e “sluices”.
  • Separação magnética: a propriedade determinante nesse processo é a suscetibilidade magnética. Baseado nesse fato, os minerais podem ser divididos em 3 grupos, : ferromagnéticos (forte atração), paramagnéticos (média e fraca atração) e diamagnéticos (nenhuma atração). Os processos podem ser desenvolvidos via seca ou via úmida. Os equipamentos mais utilizados são os tambores, correias, rolos, carrosséis e filtros.
  • Seleção Manual: através de uma inspeção visual, os minerais de interesse são manualmente resgatados do restante ou, apenas os minerais contaminantes são separados para purificar o minério original. Devido ao crescente custo da mão de obra, ela vem sendo utilizada somente em casos especiais. Atualmente a seleção de minérios segue o mesmo princípio, porém de forma mecanizada e se utilizando de uma variedade de dispositivos automáticos de detecção, identificação e separação. As propriedades mais utilizadas são as óticas (reflectância, transparência, etc.), raios X (fluorescência), condutividade elétrica, magnetismo e radioatividade.

Processos

Após o beneficiamento, o concentrado é submetido à processos metalúrgicos. Os principais são:

  • Processo Pirometalúrgico

O concentrado é então submetido ao forno flash, de onde sai o mate com teor de 45% a 60%, e este ao forno conversor de onde obtêm-se o blister com 98,5% de cobre.  Dependendo da pureza desejável para o cobre, tendo em vista a sua utilização final, o  blister pode ser submetido apenas ao refino a fogo, onde se obtém cobre com 99,7% (anodo) ou ser também refinado eletrolíticamente, atingindo um grau de pureza de 99,9% (catodo). Os catodos são submetidos ao processo de refusão para obtenção do cobre no formato de  tarugos ou placas. A partir da trefilação destes tarugos, produz-se os semi-elaborados de cobre nas formas de barras, perfis e tubos e através da laminação das placas, são produzidos semi-elaborados nos formatos de tiras, chapas e arames. Se, entretanto, ao invés da simples refusão o catodo for fundido e laminado em processo contínuo, obtêm-se o vergalhão, a partir do qual serão fabricados os fios e cabos.

Processo Pirometalúrgico

No refino eletrolítico, obtêm-se subprodutos como ouro, prata, platina e outros metais, através da lama anódica que se deposita e é retirada por sifão. Ressalte-se que o ritmo de difusão do processo técnico na pirometalurgia de cobre é relativamente lento, sendo esta rota tecnológica utilizada de longa data. A principal mudança tecnológica foi a substituição dos fornos de revérbero por fornos elétricos  flash na etapa de fundição  a partir dos anos 50. Pretendeu-se com tal substituição atender às exigências de conservação energética e de redução de poluição.

  • Processo Hidrometalúrgico

Usualmente o cobre dos minérios oxidados e rejeitos podem ser obtidos pela via hidrometalúrgica, isto é usando a lixiviação através de uma solução de ácido diluída, produzindo um sulfato de cobre fácil de dissolver. Nos processos hidrometalúrgicos O minério, o concentrado ou resíduos são tratados em solução aquosa por um agente químico (lixiviação). O metal e os subprodutos são recuperados da solução por processo químico ou eletrolítico.

A ênfase se dada ultimamente às técnicas de lixiviação proporcionou o desenvolvimento do processo de lixiviação por oxigênio e amônia. O processamento hidrometalúrgico pode ser classificado como: (1) extração ácida do cobre de minérios oxidados; (2) oxidação e solubilização de sulfetos dos resíduos da mineração, do rejeito do concentrador ou de minérios no local (in situ); (3) dissolução do cobre minério ,concentrado para evitar a redução convencional; (4) extração do cobre de nódulos de Mn de águas profundas.

A hidrometalurgia é apropriada, principalmente, para a extração de cobre de minérios oxidados de baixo teor. A utilização deste processo para minérios sulfetados implica em uma etapa anterior de beneficiamento do minério para obtenção do concentrado sulfetado, o qual deve sofrer processo de ustulação para transformação em produto intermediário oxidado.

No caso da eletrólise, promove-se a eletrodeposição do cobre sob a forma de catodos com 99,9% de pureza a partir das soluções ricas. Trata-se do processo SX-EW (solvent extraction and  eletrowinning).

  • Processo SX-EW

O processo SX-EW, ao contrário do processo pirometalúrgico que é utilizado há 6000 anos, foi desenvolvido há apenas cerca de 25 anos. Neste período, sua utilização vem crescendo largamente devido às facilidades de aproveitamento de depósitos oxidados de baixo teor, partindo-se diretamente do minério e obtendo-se o catodo com teor 99,9% de cobre, sem necessitar de fundição e refinaria. Além do menor custo de produção do cobre obtido pelo processo SX-EW, podem ser citadas vantagens relativas ao meio ambiente, visto que não há emissão de gases poluentes. No processo pirometalúrgico, a etapa de fundição tem como subproduto gás com enxofre, sendo por este motivo necessária a existência de planta acoplada  para produção de ácido sulfúrico  a partir deste gás. Outra vantagem do processo SX-EW é o reaproveitamento de minérios de baixo teor não aproveitados pelos processos tradicionais de concentração. O investimento no processo SX-EW é cerca de 30% superior ao processo tradicional, porém a maior desvantagem refere-se à dificuldade do aproveitamento de subprodutos como ouro e prata, que também se apresentam em menores teores nos minérios oxidados. Neste caso, são necessárias instalações adicionais  de neutralização e cianetação, que geralmente não apresentam viabilidade econômica, enquanto no processo tradicional estes  subprodutos são obtidos diretamente na lama anódica, na etapa de refino eletrolítico do cobre. Em termos de escala, o processo SX-EW apresenta maior flexibilidade, podendo-se operar economicamente plantas de até 30.000 t/ano de cobre contido. No processo pirometalúrgico, a escala mínima atualmente utilizada é de 200.000 t/ano. O processo SX-EW é utilizado principalmente nos Estados Unidos, Chile e Zâmbia, sendo que metade da expansão prevista para a produção do Chile será através desta rota.

Vantagens do processo SX-EW: facilidade de aproveitamento de depósitos oxidados de baixo teor; menor custo de produção; não há a emissão de gases poluentes; reaproveitamento de minérios de baixo teor não aproveitados pelos processos tradicionais de concentração.

A seguir, serão detalhadas algumas operações que fazem parte dos processos descritos acima.

Lixiaviação

É a operação extrativa primária em processamento hidrometalúrgico. Em essência a lixiviação envolve a dissolução seletiva dos minerais portadores do metal valioso. O minério entra em contato com uma solução química ativa conhecida como agente lixiviante ou solução de lixiviação.

 Lixiaviação in situ

As fontes são depósitos de baixo teor ou as minas fora de trabalho. Primeiramente a rocha é quebrada por explosão ou outra técnica. Uma solução de ácido sulfúrico passa através do mineral. A solução impregnada é coletada na base do corpo do material.

 Lixiviação dump

Realiza-se com a finalidade de recuperar o cobre dos rejeitos da mineração. Alguns fatores são importantes na lixiviação dos depósitos de rejeito: adição de ácido para prevenir ou retardar a precipitação do sulfato férrico hidratado; otimização da configuração dos depósitos de modo a permitir uma boa distribuição da solução; disponibilidade de oxigênio.

 Lixiviação em Cuba

A lixiviação em cubas extrai o cobre do óxido ou das misturas de óxidos e sulfetos presentes no minério. O minério a ser lixiviado não deve ser poroso e deve ser moído antes para permitir um contato adequado entre a solução lixiviante e os minerais de cobre. Em minérios oxidados, o minério, após a cominuição, é carregado em grandes tanques de fundo filtrante. A solução lixiviante é de ácido sulfúrico(25 a 80g/L).

Lixiviação por Agitação

Compreende a lixiviação rápida de minerais oxidados de cobre de partículas finas. Os minerais sulfetados não são lixiviados durante períodos de contato curto. A lixiviação é feita em tanques tipo Pachuca.

Recuperação do cobre da solução

A substituição do cobre da solução resultante da lixiviação pelo ferro é denominada de cementação. Modo mais comum de recuperar o cobre da solução. A sucata de ferro usada nesta operação não deve ser estanhada. A cementação em moinhos vibratórios também tornam o processo mais eficiente, pois aumentam a precipitação e diminuem o consumo de ferro.

Extração por Solventes 

žEsta técnica é usada na recuperação de cobre da eletrólise em solução aquosa. Há a formação de um organo-complexo. Durante a extração ocorrerá a substituição do hidrogênio pelo íon metálico.
O cobre é extraído de uma solução aquosa lixiviante levemente ácida, para evitar a hidrólise do metal na fase aquosa. O reagente orgânico( extratante) deve possuir as seguintes propriedades: a) solubilidade extremamente baixa em soluções aquosas; b) alta solubilidade em diluentes tais como o querosene; c) alta capacidade de carga (limite de saturação de um solvente por um soluto); d)separação de fases bem distinta; e)extrair o cobre em PH de 1-7; f)baixa toxicidade,etc.

Reextração do Cobre

Em uma fábrica do tipo SX-EW uma solução aquosa lixiviante de ácido sulfúrico atravessa a pilha de minério e é recolhida em um tanque de espera. Esta solução contendo compostos de cobre dissolvidos é bombeada para o tanque de,formado o organo-complexo. Ele será conduzido ao tanque de reextração para a obtenção de uma solução aquosa concentrada em cobre e a regeneração de extratante (RH). O extratante volta para o tanque de extração e a solução segue para uma cuba eletrolítica com cátodo de cobre puro e ânodo de PB para daí ser obtido o cobre puro.

Consumo

Uma mina de cobre utiliza grande quantidade de água na usina de beneficiamento, um exemplo é a Mina de Caraíba que utiliza cerca de 1.000 m³/dia de água, na qual 400 m³ são de água reaproveitada e 600 m³ são de água capitada no rio São Francisco.

Em relação ao consumo de energia elétrica, a moagem é responsável por cerca de 30% do consumo mensal de energia da usina e as operações de mina subterrânea consomem 33%. Para diminuir os custos do produto final, empresas como a Vale têm construído usinas hidrelétricas nas proximidades das minas.

Portanto, no planejamento da instalação da mina é necessário levar em consideração a localização para a obtenção de água e o acesso à energia elétrica.

Para mais informações: Beneficimento de minérios, pelo Ministério de Minas e Energia; Cobre – Mineração Caraíba e Indústria do Cobre.

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