FLOTAÇÃO EM COLUNA APLICADO À CONCENTRAÇÃO DE … · no concentrado de 3,2%, ... The Scheelite is a mineral normally beneficiated by gravity ... enabling to achieve a enrichment

IV SIMPÓSIO DE MINERAIS INDUSTRIAIS DO NORDESTE

10 a 13 abril de 2016, João Pessoa - PB

FLOTAÇÃO EM COLUNA APLICADO À CONCENTRAÇÃO DE SCHEELITA A

PARTIR DE REJEITO

Hudson J. B.Couto1,2, Vitor O. Andrade3, Odon O. Souza4, Túlio C. S. S. André5

1Tecnologista Pleno, Coordenação de Processos Minerais - COPM/CETEM/MCTI

2Instituto Federal do Rio de Janeiro - IFRJ; [email protected]

3Aluno de graduação, Engenharia de Materiais - Escola Politécnica da UFRJ

4Geologo, Mineração Tomaz Salustino - MTS; [email protected]

5Professor, Instituto Federal da Paraíba - IFPB/Campus Campina Grande - PB

[email protected]

RESUMO

A Scheelita, por ser densa, é beneficiada através de concentração gravítica, principalmente

jigagem e mesas vibratórias. Este trabalho visa recuperar a Scheelita oriunda da bacia de rejeito

fino da Mina Brejuí, localizada em Currais Novos/PB, utilizando o processo de flotação como

método de concentração mineral. Embora o rejeito de Scheelita desta mina já tenha sido objeto

de estudos de flotação no final da década de setenta, pouco se sabe sobre estudos de flotação,

posterior a esta época. A partir da análise química da amostra, foi obtido um teor de 0,16% de

WO3, mostrando a possibilidade de concentrar Scheelita por flotação à teores que podem ser

utilizados em processo de lixiviação (5 a 20%) para concentração final. Os resultados de flotação

mecânica em bancada possibilitou a obtenção de teores de WO3 no concentrado de 3,2%, porém

com recuperação metalúrgica em torno de 60%, utilizando uma etapa de flotação rougher. Ensaios

de flotação em coluna permitiram aumentar a recuperação metalúrgica final da flotação para 65%

com aumento do teor de WO3 para 4,3%, chegando a uma razão de enriquecimento de 27 vezes

em relação à alimentação ROM do processo. Este resultado pode ser considerado muito promissor

em se tratando de um material proveniente de um rejeito.

PALAVRAS-CHAVE: Scheelita, flotação em coluna, rejeito

ABSTRACT

The Scheelite is a mineral normally beneficiated by gravity concentration (jigging and shacker

tables). The goal of this work is recover Sheelite from the fine tailings of the Brejuí Mine, Currais

235



Novos/ PB, using flotation process. These tailings has already been studied using the flotation

method to recover the Scheelite in the seventies years, but little is known about flotation studies,

after this time. Additionally, additional waste has been dumped from that time until now on the

dam, and a new characterization was carried out to support the flotation studies. A sieve analysis

of the current waste revealed a coarser material than expected (P80 = 0.300 mm and 15% passes

in 0.074 mm). These values are very different from those found in past studies, probably because

of years of weathering expose promoted a natural leaching and the fine at the dam was carried

on. A 0.16% WO3 was obtained from the chemical analysis of the tailing sample, showing the

possibility to concentrated of Scheelite flotation to levels that can be used in the another

concentration method like leaching process (5 to 20%) to obtain a final concentration . The initial

results of flotation obtained WO3 content between 3.2%, with metallurgical recovery of around

60%, which can be considered promising in the case of these tailings. Column flotation tests have

increased the final metallurgical recovery of flotation to 65% with increasing WO3 content to 4.3%,

enabling to achieve a enrichment ratio of 27 times relative to feed. This result can be considered

very promising considering that the study material was from a tailings dam.

KEYWORDS: Scheelite, flotation column, tailing

1. INTRODUÇÃO

O beneficiamento da Scheelita, empregado na Mina Brejuí em Currais Novos, região no

Brasil de maior concentração deste mineral, consiste em etapas de cominuição (britagem

primária, secundária e moagem a martelo) e concentração gravimétrica (jigues e mesas

vibratórias). O rejeito final oriundo das mesas vibratórias, contendo considerável quantidade de

WO3 devido à baixa eficiência do processo nas frações finas, é classificado em um classificador

espiral de 20 polegadas onde o underflow, rejeito grosso é levado a um silo e posteriormente

encaminhado por caminhões a uma pilha própria, e o overflow é levado por gravidade até um

espessador de 10 m de diâmetro para recuperação da água. O underflow deste é bombeado até a

bacia de decantação formando o depósito de rejeito fino.

O objetivo do estudo é aumentar a recuperação de Scheelita da usina de concentração da

Mina Brejuí, a partir da concentração por flotação, dando sequencia ao trabalho apresentado

anteriormente de caracterização e ensaios de flotação em bancada no ENTMME de 2015 (Couto et

al., 2015). Neste trabalho serão apresentados os resultados de flotação em coluna em escala

236



contínua, assim como alguns resultados relativos a etapa de preparação do material para

alimentação dos testes de flotação em coluna envolvendo moagem e deslamagem.

2. METODOLOGIA

2.1 Preparação da amostra

A amostra de rejeito de Scheelita recebida no CETEM foi homogeneizada em pilha cônica,

seguida de pilha prismática, e quarteada em alíquotas de cerca de 30 kg de material, utilizadas nos

ensaios de flotação em coluna, conforme procedimento apresentado em Couto et al. (2015).

2.2 Análise granulométrica

A análise de distribuição granulométrica da amostra de estudo foi realizada através do

procedimento clássico de peneiramento a úmido utilizando uma série de peneiras Tyler, com

aberturas variando de 37 a 600 m.

2.3 Moagem Para os ensaios de flotação em coluna, de maior carga de alimentação, a moagem foi

realizada em um moinho de 12” x 18” (diâmetro x comprimento) fabricado pela antiga Canadian

Process Technology - CPT® (atual Eriez), equipado com controle de rotação e sistema eletro-

mecânico para carga e descarga (Figura 1). Foi utilizando barras como corpo moedor, visando a

menor produção de finos e, consequentemente, melhor eficiência do processo de flotação. As

condições operacionais utilizadas nesta etapa foram: Polpa com 60% de sólidos; rotação de 60

rpm e tempo de moagem de 12 - 20 min.

2.4 Deslamagem Após a etapa de moagem, o material foi submetido a uma deslamagem para remoção das

partículas muito finas que prejudicam a etapa posterior de flotação. Todas as deslamagem dos

ensaios contínuos de flotação em coluna foram realizadas com um hidrociclone da AKW de 40 mm

de diâmetro da parte cilíndrica, 7 mm de apex e 12 mm do vortex finder. A Figura 2a ilustra o

aparato de deslamagem utilizado, com o tanque de preparo da polpa e o tanque de remoção do

underflow (deslamado), e a Figura 2b ilustra o hidrociclone com detalhes.

2.5 Sistema de reagentes selecionados

Coletor: AERO 726 e 845 (Cytec)

Depressor: Na2SiO3 (Sigma-Aldrich), quebracho (Unitan Saica), hidrosol (Na2SiO3/FeSO4.7H2O ou FeCl3) (Sigma-Aldrich) Espumante: Metil Isobutil Carbinol - MIBC

Regulador: Carbonato de sódio (Na2CO3) - Sigma-Aldrich

237



Dispersante: Silicato de sódio (Na2SiO3) - Sigma-Aldrich

Condições/observações adicionais: - No condicionamento foi utilizado primeiramente o carbonato de sódio antes do sistema depressor/dispersante para correção do pH; - Os coletores AERO 726 e 845 foram saponificados, utilizando-se soda caustica. - Após cada ensaio, os produtos gerados (concentrado e rejeito), foram filtrados e levados à secagem, para posterior registro da massa de cada produto e preparo das alíquotas para análise química.

Figura 1 – Unidade de moagem CPT (Usina Piloto do CETEM)

(a)

(b)

Figura 2 – Aparato utilizado na deslamagem: (a) vista geral com tanques de preparo de polpa e de armazenagem do deslamado e (b) detalhe do hidrociclone AKW utilizado

2.6 Análise química As análises químicas da amostra estudada e dos produtos gerados dos processos de

concentração foram realizadas no setor de análises químicas do CETEM, sendo determinados, por

238



fluorescência de raios-X (FRX), os seguintes elementos: WO3, CaO, P2O5, SiO2, F, além da perda por

calcinação (PPC).

2.7 Ensaios contínuos de flotação em coluna

Os ensaios contínuos de flotação em coluna foram realizados na coluna piloto do CETEM de

2” de diâmetro interno com 6 m de altura e volume de aproximados de 13 L (Figura 3a). Outros

equipamentos que compõe a unidades são: painéis de controle de vazão de água de lavagem e de

ar, rotâmetros (Cole-Parmer®), regulador de pressão do ar, bombas peristálticas para alimentação

(Cole-Parmer® - Masterflex) e retirada de produtos (Cole-Parmer®), painel de controle elétrico de

velocidade de bombas, sistema de controle automático de nível, sistema de dispersão do ar

(dispersor poroso), tanque de condicionamento da polpa de alimentação, bombas de diafragma

para dosagem de reagentes. Os testes de flotação em colunas foram realizados com condições

operacionais recomendadas na literatura especializada no tema (Aquino et al., 2004; Finch e

Dobby, 1990) e pelo fabricante das colunas (antiga CPT - Canadian Process Technologies Inc.,

2007), de acordo com as condições operacionais apresentadas na Tabela 1.

Tabela 1 – Condições operacionais dos testes de flotação em colunas

Variáveis operacionais

Tempo de residência médio 15 min

Vazão de alimentação 0,76 L/min

Vazão da água de lavagem 0,25 a 0,38 L/min

Vazão de rejeito ajustada pelo controlador PID de nível, conforme valor de bias

Bias 0,10 A 0,2 cm/s

Vazão de ar 0,6; 1,2 e 1,8 L/min

Velocidade superficial do ar (Jg) 0,5; 1,0 e 1,5 cm/s

Altura da camada de espuma 30 cm

No processo de flotação em coluna é comum utilizar um parâmetro operacional conhecido

por bias para descrever a fração residual de água de lavagem que desce na camada de espuma

(seção de limpeza). O bias é quantificado pela diferença entre a vazão de rejeito e vazão da polpa

de alimentação, expressa em termos de velocidade superficial (Finch e Dobby, 1990). A velocidade

superficial de uma corrente é definida pela razão entre a vazão volumétrica e a área da seção

transversal de escoamento (coluna). Geralmente para um aumento do teor de minério no

concentrado emprega-se uma vazão de rejeito maior que a vazão de alimentação, ou seja, um bias

positivo, com valores recomendados entre 0,05 e 0,15.

O condicionamento dos reagentes nos ensaios contínuos de flotação em coluna foi

realizado em tanques agitados mecanicamente e dispostos em geometria cascata, conforme

239



Figura 3 (b), de forma que a transferência de polpa de um tanque para outro seja realizada por

gravidade (transbordo).

(a)

(b)

Figura 3 - (a) Unidade piloto de flotação em coluna do CETEM e (b) Tanques de condicionamento de reagentes em configuração cascata (TC) e tanque de preparo e alimentação de polpa (TA)

O pH da polpa de alimentação da coluna foi ajustado automaticamente por uma bomba

dosadora de controle de pH, de acordo com o valor inserido no set point. O carbonato de sódio foi

dosado diretamente no tanque de armazenamento da polpa de alimentação sob agitação

mecânica, de acordo com a dosagem estabelecida para cada ensaio.

2.7.1 – Procedimento experimental: Flotação em coluna

i) após etapa de deslamagem no circuito de hidrociclonagem, prepara-se um determinado

volume de polpa mineral (entre 15 - 25% de sólidos), que deve ser mantida em tanque agitado e

provido de sistema de recirculação da polpa para melhor homogeneização;

ii) o ar é alimentado na base da coluna ajustando-se a vazão desejada através de um rotâmetro

no painel de controle de vazões de ar e água de lavagem. A pressão na linha de alimentação de ar

deve se mantida em torno de 200 kPa (2 bar) e, na sequência, a coluna é alimentada com água até

a metade da sua altura total;

iii) os reagentes químicos são então adicionados, primeiramente adiciona-se o depressor no

tanque de condicionamento da polpa. Posteriormente, são dosados os demais reagentes nos

(TA)

(TC)

240



tanques condicionadores dispostos em cascata projetado para trabalhar com um tempo de

residência médio de condicionamento de três vezes o valor empregado nos ensaios de bancada. O

pH da polpa foi controlado no último tanque e mantido na faixa de 10,0 a 10,5;

iv) na sequência a polpa é alimentada na coluna, na vazão pré-estabelecida, mantendo-se o

seletor do painel de controle de nível no modo manual até que a altura do transdutor de pressão

da coluna seja alcançada pela polpa, quando o seletor é então ajustado para automático.

v) a seguir, a água de lavagem é alimentada no topo da coluna, ajustando-se a vazão de

trabalho no rotâmetro de água do painel.

vi) após cerca de 1 hora de operação, tempo suficiente para que a coluna avaliada possa entrar

em regime permanente, a vazão de alimentação é checada e amostras de concentrado e de rejeito

são coletadas, com intervalos de tempos pré-definidos entre uma coleta e outra (geralmente 15 a

30 min). As amostras coletadas são filtradas e secas em estufa (100-105 oC) e, em seguida, são

pesadas e preparadas para análise química, para determinação dos teores dos elementos de

interesse (WO3, CaO, P2O5, SiO2, F) para posterior cálculo da eficiência do processo.

Na Tabela 2 a seguir são apresentadas as condições operacionais de alimentação e dosagens de

reagentes utilizadas em cada ensaio de flotação em coluna.

Tabela 2 - Condições de alimentação utilizadas nos ensaios de flotação em coluna

Ensaio % sol. Preparação Reagentes

Moagem Deslamagem Regulador Dispersante/Depressor Coletor Espumante

E1 16 - Não Na2CO3/NaOH (2,0/,025 kg/t)

Na2SiO3/FeSO4.7H2O;Q1 (2,0/0,4;0,25) kg/t

Flotinor-FS2 (150 g/t)

MIBC (50 g/t)

E2 14 20 min HC (1x) Na2CO3

(5,0 kg/t) Na2SiO3;Q1

(1,0;0,15) kg/t AERO 726 (150 g/t)

MIBC (50 g/t)



(1,0;0,15) kg/t AERO 726 (150 g/t)

MIBC (50 g/t)



(1,0;0,15) kg/t AERO 726 (150 g/t)

MIBC (50 g/t)


(2,5 kg/t) Na2SiO3/FeCl3;Ác. tânico

(1,0/0,2;0,25) kg/t AERO 845 (250 g/t)

MIBC (50 g/t)


(2,5 kg/t) Na2SiO3/FeSO4.7H2O;Q1 (1,0/0,2;0,15-0,25) kg/t

AERO 845 (150-250 g/t)

MIBC (50 g/t)


(2,5 kg/t)

Na2SiO3;Q1

(1,0;0,25-0,33) kg/t

AERO 726

(115-150 g/t)

MIBC

(50 g/t)

Assim como nos ensaios de flotação de bancada, todos os ensaios de flotação em coluna foram

realizados com o material classificado em 300 m (48 Mesh), por meio de uma peneira vibratória

horizontal de 500 x 500 mm (Top Size, PNM 01-15), sendo utilizado o produto passante e

descartado o retido de baixo teor de WO3.

241



3. RESULTADOS e DISCUSSÃO

3.1 Análises granulométricas dos ensaios de flotação em coluna Nas Figura 6 são apresentadas as análises grunulométricas da polpa de alimentação

realizadas no início e no fim dos Ensaios 2 a 7 de flotação em coluna, visando verificar a

homogeneização das partículas do tanque da alimentação da flotação.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00

% P

assa

nte

Abertura da Peneira (mm)

Alim. - E2 - Início

Alim. E2 - Fim

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00

% P

assa

nte


Alim. E3 - Início

Alim E3 - Fim

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00

% P

assa

nte


Alim. E4 - Início

Alim. E4 - Fim

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00

% P

assa

nte


Alim. E5 - Início

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00

% P

assa

nte


Alim. E6 - Início

Alim. E6 - Fim

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.01 0.10 1.00

% P

assa

nte


Alim. E7 - Início

Alim. E7 - Fim

Figura 6 – Análises granulométricas da alimentação no início e no fim dos ensaios de flotação em coluna

242



Observa-se que houve pouca ou muito pouca variação das curvas de distribuição

granulométrica das partículas no início e no final dos ensaios, evidenciando uma boa

homogeneização da polpa no tanque de alimentação, alcançada, principalmente, com a re-

circulação da mesma no tanque com auxílio de uma bomba centrífuga externa.

3.2 Flotação em coluna

Os resultados são apresentados na Tabela 3, onde são mostrados os cálculos de

recuperação em massa (Rmássica), assim como a recuperação metalúrgica (RM) de cada etapa e

global para cada ensaio. Para os ensaios 1 (material apenas classificado em 0,300 mm) e 4 (menor

tempo de moagem) não serão apresentados resultados em função de problemas de entupimentos

das mangueiras de bombeamento de polpa e comportamento hidrodinâmico desfavorável

(instável) da polpa no interior da coluna, ocorridos provavelmente em função da granulometria

mais grosseira das partículas. Em alguns ensaios foram realizadas mudanças nas condições

operacionais da coluna como, por exemplo, na velocidade superficial de ar ou dosagem de algum

reagente, e registradas na coluna “Etapa” da Tabela 3. Cumpre destacar que após cada mudança

operacional efetuada, as amostragens de concentrado e rejeito, necessárias para ao balanço de

massa e metalúrgico, foram realizadas após um tempo mínimo de 30 min (2x o tempo de

residência teórico da coluna), visando a estabilização do regime permanente da nova condição.

Tabela 3 – Resultados dos ensaios de flotação em coluna para WO3 descritos na Tabela 3

Ensaio Etapa - Variáreis WO3 (%) Rm

(%) RM - E (%) RM - G (%)

Rejeito Concentrado

2

A (CP) 0.06 0.63 22.2 74.8 63.9

B (Jg=1,0cm/s) 0.05 0.59 23.6 78.5 67.0

C (Jg=0,5cm/s) 0.09 0.77 29.2 77.9 66.5

Global 0,07 0,66 25,0 77.1 65.8 3 CP 0,08 0,40 19,5 55,6 48,1 5 CP 0,07 1,4 3,9 45,7 39,3

6 A* (AF 150 e Q1 250) g/t 0,05 3,8 3,5 66,0 58,7

B* (AF 250 e Q1 150) g/t 0,07 4,3 3,0 64,7 57,6 7 (Jg=1,0/Jw=0,2) cm/s 0,05 1,15 13,4 78,7 66,3

Notação: Rm - Recuperação mássica; RM - Recuperação metalúrgica; E - Etapa (flotação); G - Global (considerando as perdas na classificação e deslamagem); CP - Condição padrão: Velocidade superficial do ar (Jg), da água de lavagem (Jw) e de alimentação (Jf) iguais a 1,5; 0,2 e 0,62 cm/s, respectivamente. *Jg = 0,5 cm/s

Observa-se que no ensaio 2 foram obtidas boas recuperações metalúrgicas de WO3 na

etapa de flotação, próximo de 77% e global de 66%, porém com teores no concentrado na faixa

243



de 0,7% e recuperações mássicas no concentrado altas (~25%). Conforme esperado, com a

diminuição da velocidade superficial do ar (Jg) relacionado à diminuição da vazão de ar, houve um

aumento do teor de WO3 no concentrado em função do menor tamanho de bolhas geradas e

melhor ação de limpeza da água de lavagem empregada. No ensaio 3, ainda que tenha sido

utilizando os mesmos reagentes, o desempenho foi pior em termos de RM e teor de WO3 no

concentrado, provavelmente devido ao menor tempo de moagem empregado, ou seja, menor

liberação das partículas de Scheelita, prejudicando o processo de flotação.

Já no ensaio 5 foi alcançado um teor de WO3 no concentrado de 1,4% aliado à menor

recuperação mássica, 4%. Assim como observado nos ensaios de flotação em bancada, este

resultado está associado ao coletor AERO 845, de melhor seletividade para Scheelita, porém,

neste ensaio, ainda com a RM na flotação aquém do desejado (~46%).

O melhor resultado em termos de teor de WO3 no concentrado foi obtido com o ensaio 6

nas duas condições de reagentes testadas A e B (3,8 e 4,3% de WO3), com um RM no concentrado

em torno de 65% e global de 58%, provavelmente devido a utilização da mistura conhecida como

hidrosol (solução de silicato de sódio e sulfato ferroso hidratado), mais o quebracho, que se

mostraram muito eficientes em relação à seletividade e recuperação do processo.

Com relação ao ensaio 7, obteve-se boas recuperações metalúrgicas de WO3 na etapa de

flotação, similar ao ensaio 2 (79% e global de 66%), porém com melhores teores de WO3 no

concentrado 1,2% e recuperações mássicas na faixa de 13%, sendo uma boa opção para gerar

massa visando ensaios futuros de flotação cleaner, em que o foco será o aumento do teor WO3.

4. CONCLUSÕES

O processo de flotação em coluna para concentração de scheelita mostrou-se muito promissor,

possibilitando alcançar melhores resultados de eficiência do processo comparado com a flotação

mecânica convencional de bancada.

5. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

AQUINO, J.A., OLIVEIRA, M.L.M., FERNANDES, M.D. Flotação em Colunas, in: Tratamento de

Minérios, 5th Ed., Luz, A.B., Sampaio, J.A., França, S.C.A. (Eds.), CETEM/MCT, 2010. Rio de Janeiro,

p. 517-556.

COUTO, H. J. B., CORREIA, J. C. G., LEANDRO, A. P., SOUZA, O. O., ANDRE, T. C. S. S. Caracterização

e concentração por flotação de scheelita proveniente de um rejeito In: XXVI Encontro Nacional de

Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa, 2015, Poços de Caldas., 2015. v.2. p.374 - 383

FINCH, J.A., DOBBY G.S. Column Flotation, Pergamon Press, 1st Ed., 1990

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