filtragem do rejeito da flotação do minério de ferro...

Revista Pensar Engenharia, v.5, n.2, Jul. 2017

Filtragem Do Rejeito Da Flotação Do Minério De Ferro, Utilizando Auxiliar De Filtragem, Visando Reduzir A Quantidade De Água Enviada Para As Barragens De

Rejeito.

Filtering of Iron Ore Flotation Rejection, Using Filtering Auxiliary, Aiming To Reduce The Amount Of Water Sent To The Reject Dams.

Pedro Alves Delfino1 Stéfanno De Oliva Araújo2 Sílvia De Castro Martins3

Resumo: Este trabalho irá avaliar a influência que os métodos de filtragem possuem sobre a quantidade de água presente no rejeito da flotação do minério de ferro. Além dos métodos básicos de filtragem, o trabalho irá incluir em seus testes, auxiliar de filtragem visando à comparação entre os testes em branco e os testes com os auxiliares. Os resultados apresentam redução significativa na quantidade de água presente no rejeito, no entanto a aplicação do auxiliar não foi eficaz em todos os testes. Palavras-chave: Rejeitode minério de ferro, métodos de filtragem, auxiliar defiltragem

Abstract:Thisstudywillevaluatetheinfluencethatthefilteringmethodshaveontheamountofwaterpresent in thetailingsfromtheflotationofiron ore. In additiontothebasicmethodsoffiltering, thejobwill include in theirtests, auxiliaryoffiltrationto compare thetests in whiteandthetestswiththeauxiliaries. The results show a significantreduction in theamountofwaterpresent in thetailings, howevertheimplementationofauxiliarywasnoteffective in alltests. Key-words:Reject Iron Ore, Filteringmethods, FilteringAid

1 Graduando do curso de Engenharia de Minas da Faculdade Kennedy – [email protected] 2 Graduando do curso de Engenharia de Minas da Faculdade Kennedy – [email protected] 3 Professora orientadora do TCC pela Faculdade Kennedy. Mestra em Tecnologia mineral pela UFMG. – [email protected]


1 Introdução

As barragens de rejeitos para a mineração têm uma grande representatividade econômica,

pois no geral, é um método barato de se tratar o rejeito da produção, entretanto apresentam

impactos sociais e ambientais de grandes proporções, pois ecologicamente para uma barragem

ser instalada uma grande área deve ser alagada, onde consequentemente sua vegetação será

desmatada. Socialmente as barragens oferecem a população vizinha a esses locais grandes

riscos em casos de falhas na operação ou manutenção das mesmas. Com isso o método de

disposição de rejeitos em barragem precisa ser reavaliado, para que impactos sociais e

ecológicos sofram menores interferências negativas.

Uma possível solução está nos métodos de filtragem, que já é uma das vertentes muito

utilizadas dentro da mineração, assim soluções dentro da filtragem podem ser utilizadas,

tornando viável a redução da quantidade de água despejadas nas barragens de rejeito.

Profissionalmente e socialmente, a possibilidade de se dispor o rejeito do minério de ferro

de outra forma além das famosas barragens, se torna um grande passo em direção a união da

sociedade com a mineração, bem como academicamente o estudo de métodos para os devidos

fins pode se tornar um avanço para a segurança e para a economia da empresa mineradora,

tendo em vista que a utilização de métodos mais estáveis pode representar uma diminuição

dos custos direcionados ao monitoramento, manutenção e drenagem das barragens.

Sendo assim, estudou-se a filtragem do rejeito da flotação de minério de ferro. Para isso,

realizaram-se ensaios de filtragem com o filtro de pressão positiva e a filtragem a vácuo, com

e sem a adição de auxiliar de filtragem.

2 Referencial Teórico.

2.1 Conceitos sobre filtragem

A filtragem é o processo utilizado de separação de sólido em suspensão aquosa, onde a

polpa passa por um meio filtrante, que por sua vez retém as partículas sólidas. O material é

divido em duas partes, o filtrado, material que atravessa pelo meio filtrante, e o sólido retido

que é chamado de torta. O método mais utilizado para fazer esse processo é através da

diferença de pressão, seja causando compressão (Filtragem de pressão positiva) ou sucção

(Filtragem a vácuo).

O processo de filtração está esquematizado na Figura 1:


Figura1: Esquema simplificado do processo de filtragem (LUZ,2010,Modificado)

2.2 Tipos de Filtros

2.2.1 Filtro a vácuo

O método de filtragem a vácuo em escala de bancada consisteno Leaf Test com

alimentação por cima.

A polpa é adicionada em um recipiente acima do meio filtrante, a partir disso a bomba

exerce uma pressão negativa (formando o vácuo), fazendo com que a polpa seja sugada e

forçando-a a passar pelo meio filtrante. A figura 2 esquematiza o Leaf Test:

Figura 2: Esquema simplificado do teste em folha (NETO,2016)

2.2.2 Filtro de pressão positiva

O método de filtragem através do filtro de pressão positiva consiste em um recipiente

cilíndrico que é colocado sobre um meio filtrante, uma vez que o material a ser passado pelo

mesmo será injetado por cima deste meio, assim, com o ambiente lacrado, uma pressão

positiva é exercida sobre a polpa de minério, fazendo com que a água ultrapasse o filtro e seja

descartada, sobrando somente os sólidos.Contudo o processo não pode ser utilizado

ininterruptamente, sendo necessária a troca do meio filtrante a cada utilização.


A figura 3 esquematiza um filtro de pressão vertical.

Figura 3: Esquema de um filtro de pressão positiva vertical. (Autoria própria)

2.3 Auxiliar de filtragem

Os auxiliares de filtragem têm como objetivo, fazer com que a água percole mais

facilmente entre o material a ser filtrado e o meio filtrante, reduzindo assim a umidade final a

que o material estará exposto.

2.4 Taxa unitária de filtragem

“A Taxa Unitária de Filtragem, ou TUF, é o parâmetro que mede a produtividade da

operação de filtragem, consistindo na massa produzida (massa seca) em relação à área

filtrante, por unidade de tempo.”(ORSINE,2014)

Segundo Guimarães (2011), para os filtros a vácuo, a taxa unitária de filtragem (tuf) é

dada pela equação 1:

Tuf = �/��0,8(��)��

��(�) (1)

Sendo:

M = Massa da Torta Seca (Kg);

A = Área (M²);


3.600 = Fator de transformação segundos para horas;

0,8 = Fator de scale-up;

Tempo ciclo = tempo necessário para o filtro completar uma rotação (em segundos)”.

2.5 Umidade da torta

A umidade da torta analisa a quantidade de água presente na mesma após a filtragem, é

medida em percentual, e calculada pela equação 2:

Umidade da Torta (%) = ��ú��

��ú��100 (2)

2.6 Revisão dos ensaios de filtragem

Os rejeitos despejados nas barragens se concentram em sua maioria em duas etapas na

mineração, que são a flotação e a deslamagem, sendo aproximadamente 34% proveniente de

cada um (GUIMARÃES, 2011).

Franca (2009) enumera possíveis saídas para a mineração refutar o uso de barragens de

rejeitos. São elas:

1. Filtragem dos rejeitos;

2. Espessamento de lamas em pasta;

3. Desaguamento dos rejeitos grossos em peneira desaguadora;

4. Soluções geotécnicas para disposição dos rejeitos;

5. Recuperação adicional de minério de ferro nos rejeitos;

6. Aglomeração de rejeitos para disposição como sólidos.

Sendo vários desses métodos já utilizados em algumas unidades de mineração da Vale

a fim de diminuir o envio de rejeitos para as barragens.

Guimarães (2011) realizou testes de filtragem em escala de bancada com rejeitos

provenientes de várias etapas no beneficiamento do minério de ferro. As amostras foram

retiradas de várias minas dentro do quadrilátero ferrífero, e os ensaios foram realizados com

os rejeitos da flotação, da separação magnética e da deslamagem de cada mina.

Os rejeitos da flotação apresentam granulometria com d50 variando de 50 a 90 μm e

teores de ferro entre 9,67 e 54,37%. Nas lamas, percebe-se que 40 a 60% da massa passa na

peneira de 10 μm com teores de ferro que variam de 35,19 a 58,92% de ferro. Já os rejeitos da


concentração magnética apresentaram-se com d50 variando de 200 a 300 μm e teores de ferro

variando de 13,18 até 36,70%. O gráfico 1 mostra a distribuição granulométrica dos rejeitos

das minas estudadas.

Gráfico 1: Faixa granulométrica dos principais rejeitos das usinas de concentração de minério de ferro do quadrilátero ferrífero (GUIMARÃES, 2011).

A filtragem consistiu no uso de quatro métodos. Foiutilizada a filtragem a vácuo, sob

pressão, capilar e hiperbárica em cada tipo de rejeito gerado em cada mina.

O gráfico 2 mostra um comparativo dos resultados obtidos em cada filtro para os

rejeitos de flotação.


Gráfico 2: Resultados da filtragem em filtro de disco convencional, filtro horizontal de correia, filtro de disco cerâmico e filtro prensam horizontal, para os rejeitos da flotação.

Percebe-se que o filtro horizontal de correia apresenta altas taxas unitárias de

filtragem, variando de 2000 a 3750 kg/h/m2 com umidades que variam de 9 a 12%. O Filtro

prensa horizontal obteve menor umidade de torta, chegando a 5%, contudo apresentou as

menores taxas unitárias de filtragem. Já o filtro de disco convencional foi o método com

maior umidade de torta, chegando a 13%, e obteve taxa unitária de filtragem semelhante ao

filtro de disco cerâmico.

Ao relacionar os preços dos equipamentos e o consumo de energia para concluir se

existe viabilidade econômica na filtragem dos rejeitos, Guimarães (2011), afirmou que,

“Para os rejeitos de flotação, a melhor alternativa técnico-econômica é o emprego de filtro de disco convencional. Porém, o filtro com disco cerâmico apresenta 15% do consumo energético em relação ao filtro de disco convencional e pode vir a ser a melhor opção dependendo da variação do custo de energia, no período do empreendimento.”

As filtragens com as lamas não obtiveram bons resultados, uma vez que a umidade da

torta foi elevada, cerca de 20% e a taxa unitária de filtragem foi muita baixa, cerca de 300

kg/h/m2. O gráfico 3 mostra a comparação das filtragens para as lamas.


Gráfico 3: Resultados da filtragem em filtro prensa horizontal, prensa vertical e hiperbárico para as lamas.

Por fim, o gráfico 4 mostra os resultados para os rejeitos da separação magnética.

Nota-se que os rejeitos da separação magnética apresentaram alta taxa unitária de filtragem,

próxima a 3000 kg/h/m2, com baixas umidades de torta, entre 8 e 12%.

Gráfico 4: Resultados da filtragem em filtro prensas verticas, e filtro horizontal de correia para os rejeitos da separação magnética.

Nota-se com a análise dos resultados que a filtragem foi satisfatória para os rejeitos de

flotação e de separação magnética. No entanto, não é viável a filtragem das lamas, uma vez

que a umidade de torta atingiu valores superiores aqueles encontrados na separação sólido-

líquido utilizando somente a tecnologia de espessamento.


3 Metodologia

3.1 Preparação e caracterização

Para os ensaios de filtragem foram utilizados o rejeito da flotação de minério de ferro.

Primeiramente a amostra foi seca em estufa a 100º C durante 24 horas para que sua umidade

fosse totalmente retirada. Em seguida, foi homogeneizada e quarteada em um “Quarteador

Rotativo de Carrossel”, como mostra a figura 4:

Figura 4: Quarteador Rotativo de Carrossel

A cada alíquota do quarteador foi adicionado água até que se obtivesse polpas com 60%

de sólidos, como visto na figura 5:


Figura 5:Polpa de Minério, água + minério.

Uma alíquota seca foi retirada para análise granulométrica, para que informações como

tamanho das partículas envolvidas no teste, detalhe ainda mais o trabalho.

3.2 Ensaios

Dois métodos de filtragem foram escolhidos para a análise do tema, o primeiro consiste

no método de filtragem a vácuo, ou Leaf Test, e o segundo método se utiliza do filtro de

pressão positiva. Em cada filtro realizaram-se dois testes, um sem dosagem de auxiliar de

filtragem (teste branco) e outro com 75 g/t de auxiliar de filtragem. A empresa cedente do

auxiliar de filtragem não autorizou a divulgação do nome do reagente.

Além disso, em ambos os ensaios utilizarem polpa com 60% de sólidos, tempo de ciclo

de 15 segundos.


3.3 Dimensionamento dos equipamentos

Para realização dos testes, os equipamentos foram padronizados para fornecer as

mesmas condições em cada teste. Na tabela1, as condicionantes a que cada filtro foi exposto:

Tabela 1: Dimensionamento dos equipamentos

Tipo Filtro Leaf Test Filtro Pressão Positiva

Área de filtragem (cm²) 78,5 cm² 330 cm²

Pressão (“Hg) - 15” Hg - 63” Hg

Fluxo de ar (Lpm) 20 Lpm 80 Lpm

4 Resultados

Os resultados serão expostos em tabelas, onde posteriormente serão discutidas, assim as

condicionantes citadas em tópicos anteriores serão aplicadas para melhor entendimento.

4.1 Análise granulométrica:

A tabela 2, assim como o gráfico 4 mostram a distribuição granulométrica da amostra

utilizada nos ensaios de filtragem.

Tabela 2: Análise Granulométrica

Malha (μm)

Massa retida (g)

% passante acumulada

300 0,00 100,00

212 33,62 89,76

150 35,24 79,03

106 95,87 49,82

75 67,47 29,27

45 52,32 13,34

38 12,87 9,42

0 30,92 0,00


Gráfico 4: Análise granulométrica da amostra cabeça.

4.2 Filtragem:

Abaixo seguem os resultados obtidos em cada ensaio de filtragem, assim como os

cálculos da umidade final da torta e da taxa unitária de filtragem.

4.2.1 Leaf Test

Tabela 3: Resultado do Leaf Test em Branco

Teste Branco

Dados padrões Dados da Torta

Massa de polpa

(g)

Espessura

(mm)

Massa úmida

(g)

Massa seca

(g)

Umidade final

(%)

TUF

(kg/h/m2)

517,31 22,6 325,61 286,22 12,09 7001

Tabela 4: Resultado do Leaf Test com produto

Teste com auxiliar de filtragem


Massa de polpa

(g)

Espessura

(mm)

Massa úmida

(g)

Massa seca

(g)

Umidade final

(%)

TUF

(kg/h/m2)

520,14 22,5 291,32 260,27 10,66 6366

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

1 10 100 1000

% P

assa

nte

acu

mu

lad

a

Abertura (μm)


4.2.2 Filtro de Pressão Positiva

Tabela 5: Resultado do Filtro de pressão positiva em branco

Teste Branco


Massa de polpa

(g)

Espessura

(mm)

Massa úmida

(g)

Massa seca

(g)

Umidade final

(%)

TUF

(kg/h/m2)

2167,21 28,2 1495,12 1301,52 12,94 7572

Tabela 6: Resultado do Filtro de pressão positiva com produto

Teste com auxiliar de filtragem


Massa de polpa

(g)

Espessura

(mm)

Massa úmida

(g)

Massa seca

(g)

Umidade final

(%)

TUF

(kg/h/m2)

2164,17 25,6 1493,08 1302,48 12,76 7578

5 Discussão de Resultados

O filtro de pressão positiva apresentou resultados satisfatórios tendo em vista a redução

da umidade, contudo, com a utilização do auxiliar de filtragem não ocorreu redução

significativa na umidade final do rejeito. Porém já era um resultado esperado, pois não há

ocorrência da utilização do mesmo em escala industrial devido ao processo não ser contínuo.

O Leaf Test apresentou também uma redução satisfatória na umidade final, e se tornou

ainda mais eficiente com a aplicação do auxiliar de filtragem, tendo umidade final

aproximadamente 1,5% menor do que a do teste em branco. Com a aplicação do auxiliar de

filtragem o mesmo teve sua propriedade de percolação avaliada no teste, assim maior

quantidade de água foi filtrada, reduzindo a massa final do rejeito.

Para finalizar os testes, o valor da Taxa unitária de filtragem pode ser calculada,

revelando valores satisfatórios, reafirmando os resultados obtidos em outras variáveis.


6 Conclusão

A partir dos resultados obtidos podemos concluir:

Os testes tiveram um bom desempenho, pois apresentaram grande redução na quantidade

de água presente no rejeito final, já o auxiliar de filtragem não justificou sua utilização para

todos os métodos, tendo em vista que sua influencia só foi positiva em um dos testes.

Os métodos de filtragem executados neste trabalho são meramente experimentais, porém

servem como indicadores de que o processo de filtragem pode ser útil na redução ou extinção

das barragens de rejeitos, resolvendo assim um dos grandes problemas da mineração. Vale

ressaltar que os testes realizados foram em escala de bancada, e para aplicação em escala

industrial devem ser feitos estudos mais aprofundados, para avaliação da viabilidade técnica e

econômica.


7 Bibliografia

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Engenharia Geotécnica)

NETO, Gil Ribeiro Vilela, Maximização do desaguamento dos rejeitos minerais gerados pela

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ORSINE, Noeber Maciel,Definição de tecnologias para desaguamento de ultrafinos ricos de

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(Dissertação de Mestrado em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais),

GUIMARÃES, Nilton Caixeta, Filtragem de rejeitos de minério de ferro visando a sua

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FRANCA,Paulo Ricardo Behrens. Projetos de Disposição de Rejeitos na Vale: Diversidade,

Soluções e desafio. Setembro 2009, Apresentação IBRAM 13º Exposibram. Disponível em:

http://www.ibram.org.br/sites/1300/1382/00000551.pdf Acessado em 09/03/2017 as 16:45

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