As quatro etapas do processamento mineral explicadas: da britagem à desidratação

Um concentrador que trata 10 mil toneladas de minério por dia geralmente envia menos de 400 toneladas de produto. As outras mais de 9.600 toneladas são rocha e água que devem ser quebradas, classificadas, separadas e drenadas numa sequência fixa – e essa sequência é o que os projetistas da planta chamam de quatro estágios do processamento mineral. Se perder um elo da cadeia, toda a fábrica pagará por isso: um moinho que mói no tamanho errado deixa as células de flotação desnutridas, e um espessante que assenta mal faz com que os custos da água subam durante anos.

A resposta curta primeiro. As quatro etapas do processamento mineral são: (1) trituração, que abrange britagem e moagem; (2) dimensionamento e classificação; (3) concentração; e (4) desidratação. Cada fluxograma - pórfiro de cobre, sulfeto de zinco, rocha fosfática, salmoura de potássio ou minério contendo lítio - é construído a partir desses quatro estágios organizados, enrolados e ajustados em torno de um objetivo: liberar os minerais valiosos primeiro, separá-los depois e retirar a água por último.

O pedido não é negociável, pois cada etapa entrega um produto específico para a próxima. A flotação não consegue recuperar partículas que ainda estão presas dentro da rocha, portanto a redução do tamanho deve vir primeiro. A moagem não pode manter um tamanho alvo estável sem a classificação fechar o ciclo, portanto o dimensionamento fica entre a moagem e a separação. E um concentrado úmido não é vendável nem barato para transportar, então a desidratação sempre fecha o fluxograma. Quando uma planta apresenta desempenho inferior, metalúrgicos experientes diagnosticam as transferências entre os estágios antes de tocarem na bancada de reagentes.

Resumo dos quatro estágios do processamento mineral

Caminhe com qualquer concentrador bem operado desde o britador primário até o galpão de concentrado e você passará pelos mesmos quatro estágios na mesma ordem. As máquinas mudam com o minério - uma fábrica de potássio na costa tailandesa e uma fábrica de zinco na Mongólia Interior partilham a mesma lógica, embora os seus equipamentos sejam diferentes. A faixa abaixo mostra o percurso típico de uma partícula de minério.

Dois loops se escondem dentro dessa linha. A classificação envia partículas superdimensionadas de volta ao moinho, de modo que um circuito de moagem normalmente recicla 150-350% de sua nova alimentação como carga circulante. A concentração envia os resíduos de volta para novo tratamento, de modo que um circuito de flotação reprocessa os resíduos de limpeza e remoção várias vezes antes que eles escapem. Um fluxograma é, portanto, menos uma linha reta do que um conjunto controlado de loops que alimentam uma linha reta - e os loops são onde a maioria dos erros de projeto se esconde.

Você verá esse trabalho chamado processamento mineral, tratamento de minério ou beneficiamento – os termos descrevem a mesma disciplina. O que varia é a ênfase. Uma operação de aluvião de ouro pode executar apenas triagem, separação por gravidade e desidratação, ignorando totalmente a moagem porque a natureza já liberou o ouro. Um minério de ouro refratário pode adicionar lixiviação após os quatro estágios. Trate a estrutura de quatro estágios como a espinha dorsal e, em seguida, adicione ou remova membros para combinar com o minério à sua frente.

Etapa 1: Cominuição - Britagem e Moagem

A cominuição existe por uma razão: libertação. O minério sai da mina como pedaços de rocha nos quais o mineral valioso fica fisicamente preso dentro dos resíduos. Nenhum separador no mercado consegue extrair um cristal de calcopirita de um pedaço de pórfiro de 20 centímetros. O estágio um quebra esse caroço até que os minerais de valor fiquem isolados, e tudo o que ocorre posteriormente - recuperação, custo do reagente, dimensionamento do espessador - depende de quão bem isso é feito.

Por que a libertação define a meta

O tamanho da liberação é uma propriedade do minério e não do equipamento. Em muitos minérios de cobre pórfiro, os grãos de calcopirita medem aproximadamente 50 a 150 mícrons de diâmetro, razão pela qual a alimentação de flotação é normalmente moída para um P80 - a abertura da tela pela qual 80% do material passa - entre cerca de 45 e 150 mícrons. Moa mais grosso e as partículas ficam presas, diminuindo a recuperação. Moa mais fino do que o minério realmente precisa e você cria limos abaixo de cerca de 10 mícrons, que flutuam lentamente, consomem reagente extra e se acomodam mal no espessador. Toda a economia da planta fica entre esses dois modos de falha, e é por isso que os testes de recuperação de moagem em laboratório são o primeiro item em qualquer plano de projeto sério.

A moagem é o maior consumidor de energia na maioria das usinas, e as estimativas da indústria geralmente atribuem uma pequena porcentagem da geração global de eletricidade à cominuição em todas as minas. Esse custo explica uma regra que todo superintendente de usina conhece: triturar o máximo possível e moer o mínimo necessário. Quebrar rocha em um britador custa uma fração do que conseguir a mesma redução de tamanho em um moinho.

Como a britagem e a moagem dividem o trabalho

O minério a céu aberto pode chegar em blocos com cerca de um metro de diâmetro. A britagem reduz em etapas: um britador primário de mandíbula ou giratório para aproximadamente 150-250 mm, um britador cônico secundário para 25-75 mm e, muitas vezes, uma passagem terciária para 6-19 mm. Cada máquina atinge uma taxa de redução de aproximadamente 3:1 a 6:1 por passagem, e é por isso que os britadores de corrente são montados em conjunto, em vez de solicitar que uma máquina faça tudo.

Abaixo de aproximadamente 10-12 mm, a retificação assume o controle. O minério é moído em água, e o carro-chefe clássico para moagem de primeiro estágio é o moinho de bolas do tipo grade úmida. Sua placa de descarga treliçada força a saída da polpa do tambor em um nível controlado, permitindo que as partículas grossas saiam antes de passarem pelo alvo. Para reafiação e trabalhos mais finos de segundo estágio, os moinhos de descarga por transbordamento retêm a celulose por mais tempo. Escolher entre os dois não é uma decisão de catálogo; ele segue diretamente do alvo de moagem e do índice de trabalho do seu minério. Se você quiser uma explicação mais detalhada desta máquina - carregamento de mídia, escolha de revestimento, falhas comuns e rotinas de manutenção - nosso guia para operação e manutenção de um moinho de bolas do tipo grade úmida cobre os detalhes.

Especificações para definir antes de comprar

• Dureza do minério: consulte o índice de trabalho de Bond em kWh/t. Minérios macios, como calcário, ficam perto de 8-12, a maioria dos minérios de pórfiro de cobre e zinco perto de 12-16, e minérios duros do tipo taconita podem exceder 20.
• Tamanho da alimentação e do produto: o granulado máximo de alimentação que o moinho deve aceitar e o P80 que o circuito deve fornecer, declarado por escrito.
• Produção e serviço: toneladas por hora para moagem de primeiro estágio versus moagem, porque o mesmo minério pode precisar de máquinas diferentes para cada um.
• Consumo de aço: gramas de material de moagem e revestimento por tonelada, um custo silencioso que em minérios abrasivos rivaliza com a eletricidade.
• Potência por tonelada: cite kWh/t na moagem alvo, não apenas em quilowatts instalados no motor.

Um fornecedor que responde a esses cinco números de testes em sua amostra real vale mais do que aquele que cota um modelo de catálogo com o dobro do tamanho pela metade do preço. As fábricas de grandes dimensões não desperdiçam apenas capital; um moinho com carga insuficiente quebra o material e os revestimentos mais rapidamente e pode até mesmo moer mais grosso do que um moinho menor carregado corretamente.

Etapa 2: Dimensionamento e Classificação

Conclusão primeiro: a classificação é um seguro barato para tudo o que está a jusante. O palco em si não recupera metal e não vende nada. O que ele faz é decidir, partícula por partícula, quais tamanhos avançam e quais retornam para mais trabalho. Quando os resultados da flotação se desviam, o primeiro lugar que os metalúrgicos experientes olham geralmente é o transbordamento do ciclone, não a prateleira de reagentes.

Telas, classificadores espirais e hidrociclones

Duas famílias de equipamentos fazem esse trabalho. As peneiras trabalham a seco e por abertura, desde peneiras pardas que protegem os britadores primários até peneiras finas próximas de 0,1 mm. As máquinas de classificação trabalham úmidas e pelo comportamento das partículas na água, o que as torna a parceira natural dos moinhos de bolas. O classificador em espiral usa uma calha inclinada e uma rosca rotativa: as areias grossas afundam, a rosca as leva de volta colina acima até a alimentação do moinho e os finos transbordam para o próximo estágio. É simples, tolerante a picos de alimentação e fácil de manter, razão pela qual permanece comum em circuitos de médio porte e fluxogramas de moagem de dois estágios, onde os cortes são mais grosseiros e o avanço é moderado.

O hidrociclone não possui nenhuma peça móvel. A pasta é bombeada tangencialmente; a força centrífuga lança partículas grossas para a parede e para fora através do ápice, enquanto as partículas finas saem em espiral do localizador de vórtice no topo. Ao alterar os tamanhos de diâmetro, pressão, ápice e localizador de vórtice, um operador pode colocar o corte de separação em qualquer lugar de cerca de 5 a mais de 100 mícrons. O underflow do ciclone retorna ao moinho como carga circulante - normalmente 150-350% da nova alimentação - e o overflow se torna alimentação de flotação em um P80 estável.

A classificação também protege a economia da libertação. Cada partícula moída abaixo do alvo desperdiça energia e se torna um lodo difícil de recuperar e lento para desidratar. Manter o laço apertado – tamanho de corte correto, densidade consistente, peças de desgaste substituídas antes que distorçam o corte – é uma das disciplinas menos glamorosas e mais lucrativas em um concentrador. Pergunte a qualquer fornecedor como seu classificador ou pacote de ciclone mantém seu corte sob desgaste, não apenas no dia do comissionamento; a resposta separa os fornecedores de equipamentos dos parceiros de processo genuínos.

Etapa 3: Concentração - Separação de Minerais de Valor da Ganga

A concentração é onde o dinheiro aparece. A ração entra em um teor geralmente medido em frações de um por cento e sai como um produto que vale a pena transportar: concentrado de cobre geralmente com 20-30% de Cu, concentrado de zinco acima de 45% de Zn, com a recuperação decidindo se o plano de negócios da mina realmente funciona. Todos os quatro estágios são importantes, mas é aqui que a química, a física e o projeto de máquinas se encontram de maneira mais visível.

Flotação de espuma: o carro-chefe da indústria

A flotação explora uma propriedade de superfície simples: com os reagentes certos, as partículas de minerais valiosos recusam-se a ser molhadas e, em vez disso, fixam-se em bolhas de ar, transformando-as numa espuma que é removida como concentrado. Os reagentes desempenham várias funções - os coletores tornam as superfícies alvo hidrofóbicas, os espumantes estabilizam a manta de bolhas, a cal ou outros modificadores definem o pH e os depressores ou ativadores ligam e desligam minerais individuais. Antes de qualquer operação, a pasta deve atender adequadamente à química, que é a função do condicionamento: um tanque de mistura de agentes ou um tanque de mistura de alta concentração fornece aos reagentes vários minutos de tempo de contato para que a primeira célula receba a polpa tratada em vez de uma surpresa química.

Um circuito de produção funciona como um circuito de bancos. Células mais ásperas fazem uma recuperação rápida e volumosa; as células necrófagas espremem o restante dos rejeitos mais ásperos; as células mais limpas limpam novamente o concentrado mais áspero para atingir o grau, com seus rejeitos reciclados para o cabeçote. O grau e a recuperação negociam entre si em cada válvula, e o layout do circuito – e não os reflexos do operador – determina onde essa negociação se estabelece.

A escolha da máquina depende do tamanho e da tonelagem das partículas. As máquinas autoescorvantes do tipo SF, JJF e BF extraem seu próprio ar e lama e são adequadas para plantas de médio porte que exigem menos bombas e layouts mais simples. Para células grandes e alimentações grossas ou densas, as máquinas tanque XCF e KYF funcionam com um soprador comum: as células KYF fornecem forte dispersão de ar em baixa potência, enquanto as células XCF lidam com a entrada de polpa entre bancos para que toda a linha flua horizontalmente sem bombas auxiliares. As tarefas de grãos grossos exigem máquinas do tipo CLF que mantêm partículas pesadas em suspensão.

Os retrofits mostram claramente a alavancagem. Numa atualização de flotação de zinco de 3.000 toneladas por dia em Yunnan, a substituição dos antigos bancos por máquinas de tanques maiores e a classificação mais rigorosa deram aos metalúrgicos um P80 estável para trabalhar - e a recuperação seguiu-se. Projetos como o da reforma técnica da flotação de zinco raramente alteram o minério; eles mudam a consistência com que os quatro estágios se transmitem.

Quando a flotação não é a resposta: gravidade, separação magnética e eletrostática

A flotação domina os sulfetos e muitos minerais industriais, mas três outras famílias conquistam seu lugar onde a física lhes convém melhor. A separação por gravidade explora diferenças de densidade em gabaritos, mesas vibratórias e concentradores espirais; é barato por tonelada e se destaca em ouro grosso, cassiterita, cromita e areias minerais pesadas, mas perde eficiência à medida que as partículas ficam finas. A separação magnética é a espinha dorsal do minério de ferro magnetita - os separadores de tambor normalmente recuperam magnetita acima de 90% - e as versões de alta intensidade estendem o método para hematita e ilmenita. A separação eletrostática separa os condutores dos não condutores em circuitos de areia de praia seca, separando o rutilo do zircão, onde ambos são não magnéticos.

Etapa 4: Desidratação – Espessantes, Filtros e Recuperação de Água

A desidratação parece uma tarefa doméstica e comporta-se como um centro de lucro. Uma alimentação de flotação com 30% de sólidos transporta mais de duas toneladas de água para cada tonelada de minério. Se essa água sair com o concentrado e os rejeitos, a usina deverá bombear, tratar e pagar pela reposição; se for recuperada e devolvida, a mesma água serve o circuito durante anos. Nas regiões mineiras áridas, a recuperação de água não é um item de sustentabilidade – é a licença de operação.

O espessamento retorna a maior parte da água primeiro

O espessante faz o trabalho pesado. A lama diluída entra em um tanque grande, o floculante liga as partículas finas em aglomerados de sedimentação rápida e a água limpa transborda da borda para reutilização enquanto os ancinhos empurram o leito sedimentado para uma descarga central. Um espessador convencional com acionamento central - a configuração usada na maioria dos concentradores de tamanho médio - normalmente recebe alimentação com 20-35% de sólidos e fornece fluxo inferior com 50-70% de sólidos, retornando o excesso como água de processo. Dimensionar um espessador é um exercício de teste de sedimentação: a área por tonelada por dia depende da rapidez com que os sólidos floculados realmente sedimentam, e não do otimismo do catálogo.

A mesma lógica se estende aos rejeitos. O espessamento dos rejeitos para 55-70% de sólidos antes de saírem da planta encolhe a instalação de rejeitos, reduz o risco de infiltração e mantém a água no circuito em vez de enterrá-la sob um lago. Para muitos novos projetos, o espessador de rejeitos agora é projetado ao mesmo tempo que o espessador de concentrado, porque ambos utilizam os mesmos dados de sedimentação.

Filtração e secagem: pronto para a estrada

A filtragem finaliza o concentrado. Os filtros de disco a vácuo e de tambor geralmente trazem concentrados de cobre ou zinco para a faixa de umidade de 8-15%, os filtros de pressão diminuem onde as especificações são rigorosas e os filtros de disco cerâmicos brilham em concentrados finos e de alto valor. A maioria dos concentrados enviados viaja sob limites de umidade na faixa de 8-12% definida pelas regras de segurança de transporte, portanto o filtro é a última porta de qualidade antes do produto ser vendido. A secagem térmica é adicionada apenas quando os filtros não conseguem atingir as especificações, porque o combustível é mais caro que o tecido do filtro.

Um ponto frequentemente esquecido: o desempenho da drenagem chega a montante. A água reciclada carrega reagentes e sais dissolvidos e, à medida que o circuito se fecha, a química da água muda e pode alterar a seletividade da flotação. As usinas que monitoram a qualidade da água de retorno juntamente com o teor e a recuperação evitam a lenta deriva que, de outra forma, apareceria meses após o comissionamento.

Como os quatro estágios se equilibram: um exemplo de equilíbrio de massa

Conclusão primeiro: as quatro etapas não são quatro compras separadas; eles são um balanço de massa dividido em quatro empregos. A maneira mais rápida de ver isso é aritmética simples em uma planta de cobre de médio porte.

A alimentação de 10.000 toneladas por dia com 1,0% de cobre transporta 100 toneladas de metal contido. Com 90% de recuperação, 90 toneladas reportam-se ao concentrado. Se o concentrado tiver 25% de cobre, a produção diária será de 360 ​​toneladas – e cerca de 9.640 toneladas de rejeitos deixam a planta ainda contendo as 10 toneladas restantes de cobre. Cada uma das quatro etapas aparece nesses números: o custo de cominuição e o tamanho da moagem definem o quão perto de 90% de recuperação a planta pode chegar, a estabilidade da classificação decide se essa recuperação se mantém durante todo o turno, o equipamento de concentração define o teor de 25% e a desidratação decide quanto das mais de 23.000 toneladas de água usadas diariamente com 30% de sólidos retorna.

Leia as interações em ambas as direções. Uma moagem mais fina aumenta a liberação e a recuperação potencial, mas multiplica o custo de energia e as lamas, que sobrecarregam tanto a flotação quanto o espessamento. Uma moagem mais grossa economiza energia e permite que os espessadores funcionem mais rápido, mas vaza valor para os rejeitos. Maior diluição a montante suaviza a flotação, mas carrega o espessador; underflows mais espessos facilitam a desidratação, mas correm o risco de partículas grossas escaparem para as células. Nenhum estágio pode ser ajustado isoladamente, e é por isso que projetistas experientes estabelecem o balanço de massa no papel antes que um único tanque seja soldado.

Uma lista de verificação do comprador para equipamentos em todas as fases

A maioria das decepções em aquisições no processamento mineral remonta ao mesmo punhado de lacunas: testes feitos no minério de outra pessoa, energia citada como tamanho do motor e termos de serviço deixados vagos até a primeira falha. A lista abaixo transforma as quatro etapas em perguntas que você pode fazer a qualquer fornecedor.

1. Execute os ensaios e a mineralogia primeiro. Saiba quais minerais têm valor, seus tamanhos de grãos e como eles se misturam com a ganga, porque o tamanho da liberação decide todo o fluxograma.
2. Exija testes em sua amostra. Testes de moagem, sedimentação e flotação em escala de bancada em seu minério - e não em um depósito "semelhante" - são a redução de risco mais barata que você pode comprar.
3. Combine a classe da máquina com a tarefa. Descarga da grade para moagem de primeira etapa e transbordamento para moagem; classificadores espirais ou hidrociclones adequados ao seu corte; tipos de células autoescorvantes ou sopradas para se adequar à tonelagem e ao tamanho das partículas.
4. Compare a energia por tonelada, não por quilowatts. Solicite kWh/t na moagem alvo e uma estimativa de energia do ciclo de vida, uma vez que a moagem por si só pode consumir metade da eletricidade da planta.
5. Avalie as peças de desgaste. Meios, revestimentos, componentes do ciclone, panos de filtro e dentes de ancinho são custos recorrentes; confirmar suas taxas de consumo e prazos de entrega por escrito.
6. Verifique o circuito de água. Um espessante cotado sem resolução de teste é uma suposição; pergunte a área de liquidação por tonelada por dia atrás da oferta.
7. Coloque instalação e comissionamento no contrato. Um fornecedor com experiência real em campo se comprometerá com a supervisão, o suporte ao comissionamento e o treinamento do operador, e não apenas com um cronograma de entrega.
8. Peça plantas de referência com a mesma família mineral. Um fornecedor que encomendou minério semelhante em tonelagem semelhante projetará problemas que você ainda não encontrou.

Duas delas merecem destaque. O teste em seu minério real não é negociável, porque todas as regras práticas neste artigo se adaptam à mineralogia. E o suporte ao comissionamento separa os fornecedores de equipamentos dos construtores de plantas: as primeiras semanas de um novo concentrador definem seus hábitos operacionais durante anos, e uma equipe de comissionamento experiente evita a formação de maus hábitos.

Do fluxograma à planta de trabalho: por que as etapas são melhor planejadas em conjunto

Um fluxograma desenhado por uma equipe e equipamentos comprados de várias outras tendem a se encontrar pela primeira vez no local, onde os problemas de interface são caros: uma descarga do moinho que não se adapta à alimentação do classificador, um espessador dimensionado para a polpa de outra pessoa, um sistema de controle que fala três dialetos. A entrega de engenharia, aquisição e construção, geralmente abreviada para EPC, existe para remover essas costuras. Uma parte realiza o equilíbrio de massa desde o teste até o comissionamento, de modo que os quatro estágios são projetados uns contra os outros, em vez de montados após o fato.

Esse modelo é adequado para fabricantes que constroem eles próprios os equipamentos. Nossa fábrica em Zhuji, Zhejiang - a cerca de 70 quilômetros de Hangzhou, com ligações ferroviárias e rodoviárias ao porto - passou décadas em equipamentos de mistura e enriquecimento de processo úmido, respalda seus projetos com um sistema de qualidade certificado ISO 9001 e mais de 200 máquinas de produção e teste, e entrega projetos EPC completos de processamento mineral. O trabalho recente abrange toda a cadeia de quatro estágios: máquinas de flotação XCF-KYF16, 3.000 por 3.000 tanques de mistura e um espessador de 9 metros enviados juntos para uma fábrica de potássio na Tailândia; concentradores de espodumênio e lepidolita em Sichuan e no Zimbábue; circuitos de zinco, molibdênio e cobre na Mongólia Interior, Shaanxi e Guangxi; e projetos de potássio em lagos salgados em Qinghai e Laos.

O benefício prático para o proprietário de uma fábrica é a responsabilidade única. Quando o moinho, o classificador, as células de flotação e o espessador vêm de um escopo de engenharia, as garantias de rendimento são negociadas uma vez, as peças sobressalentes compartilham um prazo de entrega e a equipe de comissionamento vê o fluxograma antes de pousar. Isso não torna um projeto isento de riscos – os minérios são sempre cheios de surpresas – mas afasta os riscos autoinfligidos, que são os que mais custam.

Perguntas frequentes

Se você estiver planejando um novo concentrador ou reconstruindo um antigo, traga os quatro estágios para a discussão desde o início - de preferência com um ensaio de cabeça, um rendimento alvo e, quando disponível, um relatório de laboratório em mãos. Esses três documentos permitem que um engenheiro de equipamentos esboce um balanço de massa, proponha a classe de máquina certa para cada etapa e sinalize os riscos que realmente importam para o seu minério, em vez de citar um folheto.

Nossos engenheiros trabalham com minérios de cobre, zinco, ouro, fosfato, potássio e lítio desde o primeiro teste até a planta comissionada, e estamos igualmente satisfeitos em revisar um fluxograma existente e projetar um novo. Envie seus detalhes de minério, meta de produção e requisitos de moagem, e retornaremos com uma proposta passo a passo que você pode comparar com qualquer outra oferta.