P1 20221 - METALURGIA EXTRATIVA DOS NÃO-FERROSOS I-A

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Sabrina Santi – 00278809 
1ª Prova 
AGOSTO 2022 
Prof. Irineu Antônio S. de Brum 
 
1. (4,0 pontos) Descreva os principais métodos de lixiviação. Descreva e 
apresente aspectos operacionais para a lixiviação de um minério de cobre de 
baixo teor (formação do sistema, fluxograma de formação, utilização e 
descarte do minério, reagentes, tempo de operação, rendimento esperado, 
vantagens e desvantagens, etc.). 
 
Lixiviação é uma técnica da hidrometalurgia de beneficiamento que consiste 
em dissolver seletivamente o minério que contém o metal de interesse em uma 
solução básica ou ácida. O lixiviante empregado depende do mineral a ser separado, 
e os parâmetros de controle são pressão e temperatura principalmente. Esses 
processos podem ser classificados em: 
 
● Lixiviação in situ: o minério é lixiviado no próprio solo e pode ou não estar 
exposto. Esse método é destinado a minérios de baixo teor e demanda um 
grande período de tempo para se obter quantidades desejáveis de mineral. É 
feito a temperatura ambiente e o minério deve ser permeável para que a 
solução de agente lixiviante transite por ele e libere o mineral em questão. Se 
o depósito mineral estiver abaixo do solo é preciso de um canal no solo que 
chegue até a região onde esse se encontra e então levar o agente lixiviante 
até essa o local desejado; 
 
● Lixiviação em pilhas: esse método também é empregado para grandes 
quantidades de minério de baixo teor. Prepara uma região a céu aberto sobre 
a qual será construida uma pilha de minério e é preciso que a camada de 
minério não esteja em contato com o solo dessa região, para que o agente 
lixiviante e o mineral não o contaminem. Extrai-se, então, o minério da mina 
que é encaminhado para a região de montagem da pilha. Há um tratamento 
prévio do minério que diminui a sua granulometria para melhorar a 
permeabilidade e a área de contato. A solução lixiviante é pulverizada no topo 
da pilha por onde percola e traz consigo o mineral de interesse para a base da 
pilha. É um processo muito demorado também, porém não como a lixiviação 
in situ. 
 
● Lixiviação em tanques de percolação: é destinado a minérios arenosos e 
porosos, que caso fossem lixiviados pelo método das pilhas impediriam a 
percolação do agente lixiviante devido a compactação que sofreriam, ficariam 
pouco permeáveis. São vários tanques operando em conjunto, sendo o 
mineral bombeado de tanque em tanque cada vez mais concentrado até 
atingir o último. É um processo lento e gera elevada quantidade de resíduo. 
 
 
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Seu produto é uma solução de alta concentração que demora de 2 a 4 dias 
para ser finalizada; 
 
● Lixiviação em polpa ou agitação: utiliza-se minérios de médio a alto teor que 
tem o mineral de interesse separado em pouco tempo. É extremamente 
eficiente, permite teores de recuperação superiores a 90% em 24hs, porém é 
bastante caro. O minério é primeiramente britado, até adquirir uma 
granulometria fina, e depois é adicionado a solução lixiviante, formando uma 
pasta. A solução é constantemente agitada para evitar a sedimentação dos 
sólidos e pode ser feita em sistema aberto ou fechado; 
 
 
 
Figura 1: Fluxograma do proceso de uma pilha de lixiviação. 
 
O processo de beneficiamento hidrometalurgico mais utilizado na 
concentração de cobre com baixo teor é o de lixiviação em pilhas. O processo 
funciona bem para óxidos de cobre em geral, com poucas exceções como a 
calcopirita. 
 
❶ Primeiramente nesse tipo de lixiviação é necessário a preparação do 
minério; precisa-se realizar a fragmentação da carga por britagem, e posterior 
aglomeração com ácido sulfúrico, até que se atinja a granulometria desejada. O 
objetivo da redução das partículas de minério é o consequente aumento da área de 
contato e isso é possível para um tamanho ótimo de aglomerado, de 
aproximadamente 1cm. É preciso cuidado para que as partículas não fiquem muito 
finas, menores que 0.5cm, caso isso aconteça a permeabilidade da pilha será 
 
 
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drasticamente reduzida e o processo perderá produtividade. 
 
❷ A próxima etapa consiste na construção da pilha, que deve ser em um 
terreno levemente inclinado, para que a força da gravidade favoreça o fluxo da 
lixiviação. Existem dois tipos de pilhas utilizadas na lixiviação de óxidos de cobre, para 
as duas é necessário a impermeabilização da superfície onde a pilha será feita, a fim 
de impedir que a solução lixiviada ou que o agente lixiviante entrem em contato com 
o solo e o contaminem, e também para que haja a coleta e o reaproveitamento dessa 
solução. Nessa etapa são instalados canais de drenagem, por onde a solução lixiviante 
percolará trazendo o mineral de interesse para a base da pilha. 
 
▪ O primeiro método, se chama “multi-lift”, monta a primeira camada da 
pilha sobre a base impermeável e subsequentes camadas sobre essa, 
após a sua lixiviação. Esse método é o mais utilizado mundialmente e 
tem principal vantagem o fato de que o minério lixiviado da pilha não 
precisa ser retirado, apenas reposto. Contudo, dessa maneira, a pilha 
pode chegar a grandes alturas e por isso a sua base impermeável deve 
ser resistente, além da região onde ela for construída ter de ser grande 
pois a reposição se dá em forma de piramide. 
 
▪ A outra forma de construção da pilha, também conhecida como 
“on/off” consiste em construir uma única camada de pilha sobre a 
superfície impermeável e, após a lixiviação desta, retirar e substituí-la 
por uma nova. Essa técnica é de execução simples e não 
necessariamente precisa ser construída em uma região de amplo 
espaço, já que a pilha é retirada e uma nova construída exatamente 
onde a anterior estava. Esse fator porém é desvantavoso, pois é preciso 
mover o minério duas vezes, antes e após a lixiviação. 
 
❸ O lixiviante é adicionado desde o topo da pilha, por onde penetra e 
dissolve o minério. Através dos canais de drenagem ele carrega consigo o mineral de 
interesse dissolvido em uma solução aquosa até a base da pilha. É necessário que 
esses dutos não fiquem cheios, permitindo a passagem de ar, isso pode ser 
conseguido mantendo várias saídas no sistema de drenagem para coleta da solução 
lixiviada. Os canais são então direcionados a um tanque que recebe a solução e a 
encaminha para o processo de obtenção do metal propriamente dito, a 
eletrobtenção. 
 
O agente lixiviante mais usado é o H2SO4 em solução aquosa. Apesar da 
recuperação com lixiviação em torno de 50%, para minérios contendo óxidos de 
cobre, que lixiviam rapidamente em condições favoráveis, o teor de recuperação 
pode chegar a 80%. Esse resultado é obtido em um período de alguns meses. Esse 
método é especialmente recomendado para a recuperação de minérios de baixo teor 
devido ao seu custo baixo tanto inicial quanto de manutenção. Após atingido o teor 
de recuperação desejado, é cultivada uma vegetação sobre o local onde as pilhas 
foram construídas. 
 
 
 
 
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1.1. Apresente de forma detalhada um sistema de biolixiviação – nome de 
uma bactéria, método de cultivo, sistemas onde pode ser empregado e 
resultados possíveis. 
 
A biolixiviação é um tipo de lixiviação que acontece pela ação de bactérias. 
Esses microrganismos têm função de catalisar reações químicas de oxidação que 
acontecem durante a concentração do mineral de interesse. Os dois tipos de 
bactérias mais utilizados são as Thiobacillus ferroxidans e as Thiobacillus thiooxidans 
que têm oxidação seletiva para o ferro e para o enxofre, respectivamente. 
Considerando a atuação dessas bactérias, que se apresentam geralmente 
associadas, partimos para a lixiviação de um sulfato de zinco, a esfarelita, ZnS, por 
exemplo. É preparada uma solução ácida com esse minério, que contém vários outros 
compostos. É muito importante que o pH da solução seja extremamente baixo e que a 
temperatura e pressão não sejam muito altas, para que as condições de proliferação 
da bactéria seja mais eficientes. 
O mecanismo de atuação da bactéria é a oxidação indireta de enxofre nessecaso, promovida pela Thiobacillus thiooxidans que fica em solução; há também a 
oxidação do ferro, que sempre está presente na ganga desse minério, mas como é em 
menor quantidade a reprodução da bactéria que o oxida, a Thiobacillus ferroxidans, 
não é tão estimulada. Na solução temos, então, as duas bactérias e como possui-se 
mais enxofre do que ferro, teremos maior oxidação de enxofre e maior participação da 
Thiobacillus thiooxidans, sua bactéria correspondente. 
O controle da oxidação é feito com certa frequência, a taxa de oxidação 
apresenta um grande aumento nos primeiros dias de lixiviação, até chegar num 
máximo. Após atingido esse patamar, que pode significar que a solução está esgotada, 
grande parte do mineral já fora dissolvido, ou que a bactéria não está conseguindo 
atuar tão facilmente e isso se deve a presença de hidróxidos que se depositam sobre 
as camadas de enxofre atuando como barreira e impedindo a oxidação. Atingido tal 
patamar, a solução precisa ser trocada ou, se as taxas de oxidação até então 
mostraram níveis satisfatórios de separação, a solução pode ir para outro processo 
que objetiva a extração do metal. Antes de enviá-la para obtenção do metal, as 
bactérias devem ser mortas para que não continuem atuando no sistema onde a 
solução será inserida. Para a esterilização, colocamos a solução em uma autoclave a 
121°C por 15 minutos, essas condições são suficientes para promover a extinção de 
todos os microrganismos presentes. 
Os resultados são bastante variados, mas se mostram eficientes para minérios 
de baixo teor, podendo o teor de recuperação chegar a 80% dentro de 100 horas para 
o ZnS, sendo assim uma técnica muito eficiente que pode ser uma alternativa ao 
processo hidrometalúrgico tradicional. 
 
1.2. Descreva um sistema de lixiviação que utilize HNO3 com agente 
lixiviante. 
 
O ácido nítrico, HNO3, pode ser utilizado como agente lixiviante na reciclagem 
de jóias, por exemplo, recuperando de prata e ouro. Em um determinado 
experimento, submeteu-se à lixiviação com HNO3 duas amostras a base de ouro de 
sucatas de joias, na forma de limalhas, a primeira com teor de prata superior a 10% e a 
segunda com teor inferior a 10%. Com a lixiviação concluída, a solução teve o licor 
 
 
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separado dos resíduos sólidos. 
O licor teve a prata recuperada com três processos distintos. Aquele que 
apresentou melhores resultados foi o de calcinação, que teve a adição de NaCl e 
precipitou AgCl, permitindo a recuperação de 94% de prata do sistema. Os resíduos 
sólidos, que continham principalmente ouro, foram submetidos a nova lixiviação, 
dessa vez com água régia (HNO₃ + 3HCl). O licor resultante teve o ouro recuperado 
com teor de 98,7%. Os resultados foram satisfatórios e a temperatura foi a variável 
que mostrou maior influência na eficiência do processo. 
 
2. (2,0 pontos) Descreva detalhadamente “Processo Bayer”, empregado 
na lixiviação de bauxita. 
 
O processo Bayer é o método mais utilizado atualmente na lixiviação da bauxita. 
Como todo processo de lixiviação, ele visa a concentração do mineral de interesse 
econômico, que no caso da bauxita é o óxido de alumínio ou alumina (Al2O3). 
 
❶ Tem início na preparação da bauxita, onde ela passa por uma seção de 
moagem até adquirir uma granulometria menor que 15mm. Nessa etapa também é 
adicionada uma solução de sóda caústica (NaOH) para evitar a formação de pós e 
consequente perda de minério. Após ela passa por uma blendagem, em tanques de 
agitação, que tem por objetivo uniformizar a composição química da mistura, o 
produto dessa etapa é uma pasta. 
 
❷ O processo seguinte é o de digestão, onde objetiva-se a dissolução dos 
óxidos de alumínio presentes no minério, isso é possível com a adição de NaOH. Os 
principais parâmetros controlados nessa etapa são a temperatura e a concentração de 
NaOH, que variam de acordo com o teor dos compostos de alumínio presentes na 
bauxita, por exemplo, se houver um alto teor de diásporo, AlO(OH), que possui baixa 
solubilidade, será necessário alta temperatura e alta concentração de NaOH para 
promover a dissolução deste óxido e, automaticamente, nessas condições os outros 
compostos de alumínio de maior solubilidade serão dissolvidos. O solvente escolhido é 
a soda cáustica pois ela dissolve apenas os compostos de alumínio, provocando uma 
separação física da ganga. 
 
❸ Na ganga temos presente de silicatos, a caulinita (Al4(Si4O10)(OH)8) em 
especial, na presença de soda cáustica forma silicatos de sódio (Na₂SiO₃) e silicatos de 
alumínio (Al₂SiO₅), dificultando a formação de aluminatos de sódio (NaAlO₂). Dessa 
forma há perda de NaOH pois os silicatos fazem parte da ganga do minério que é 
rejeitada no processo e também de alumínio pois os silicatos de alumínio também são 
conduzidos para a ganga por não se dissolverem durante a digestão. Para prevenir a 
formação desses compostos de sílica adiciona-se óxido de cálcio (CaO), pois ele 
combina-se com os silicatos presentes na bauxita, deixando o sódio do NaOH e o 
alumínio dos óxidos reagirem para formar o aluminato de sódio, que é o composto de 
interesse. O produto final é uma solução líquida de aluminato de sódio, chamada de 
licor, e resíduo sólido composto da ganga. 
 
 
 
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❹ O próximo estágio do processo é o de clarificação, onde há a remoção dos 
resíduos sólidos presentes no licor. Para tal, há uma grande variedade de equipamentos e 
procedimentos, cuja escolha depende da quantidade de resíduo e das suas propriedades. 
Se realiza o espessamento da solução onde floculantes são adicionados para facilitar essa 
separação, além de altas temperaturas em torno de 100°C. Desse espessamento temos 
dois produtos, um dele, chamado de “overflow”, contém o mineral, é o licor clarificado; e 
o outro é chamado de “underflow” e possui os resíduos. É feita ainda, após essa 
separação a filtração do licor clarificado em filtros prensa, onde há a separação de finos 
resíduos que não haviam sido retidos durante o espessamento. 
 
❺ A combinação do resíduo do espessamento com o resíduo da filtração é 
chamada de lama vermelha, e é bastante expressivo: para 1t de alumina produzida 
pode-se produzir até 2t de lama vermelha. Esse resíduo é prejudicial ao meio ambiente 
e estuda-se formas de reaproveitamento dele. Antes de descarta-lo, se realiza uma 
lavagem do mesmo para evitar perdas de soda cáustica. 
 
❻ Seguindo, o próximo passo é a precipitação, onde acontece a reação química 
inversa a de digestão, precipitando compostos de alumínio hidratados através do licor 
clarificado. Essa etapa acontece em temperaturas mais baixas, por volta de 70°C, e com 
a adição de sementes nucleantes que catalisam o processo de precipitação. Então o 
produto resultante dessa etapa, que consiste em uma solução com precipitados 
hidratados de alumínio, segue para a etapa seguinte, de calcinação. O objetivo da 
calcinação é a obtenção da alumina através do hidrato. Isso acontece através de 
lavagens, filtragens (para retirada de sódio), secagens e, por fim, a calcinação. 
 
❼ A última etapa ocorre a desidratação do hidrato, acontece em forno rotativo 
a altas temperaturas. O resultado é um pó branco que chamamos de alumina e é 
posteriormente classificado quanto a granulometria, área superficial e outros 
parâmetros, para então, ser enviado ao processo de eletrólise que reduzirá o composto 
a alumínio metálico. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
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Figura 2: Fluxograma do processo Bayer. 
. 
3. (2,0 pontos) Descreva detalhadamente o funcionamento de um sistema 
de extração por solventes, posterior à lixiviação. 
 
A solução resultante da lixiviação muitas vezes não é concentrada o suficiente 
no composto de interesse para que seja diretamente enviada a processos de obtenção 
de metais. A extração por solvente é um processo que sucede a lixiviação, e tem por 
objetivo a concentração do mineral em questão. 
 
❶ O primeiro procedimento é a mistura da solução lixiviada, pouco 
concentrada, comuma solução que contém um solvente orgânico. Essa etapa 
chamamos de extração, as duas soluções são imiscíveis e há a troca do metal, que se 
encontra na forma iônica, da solução lixiviada para a solução orgânica, onde ele se 
combina com o composto orgânico. Esse composto orgânico formado com o metal de 
interesse, recebe o nome de solvente carregado. A solução de lixiviação, agora pobre 
em metal, chamamos de refinado e ela é fracamente ácida. Essa, volta às etapas iniciais 
de lixiviação, onde recebe um preparo para diminuir o seu pH e volta a ser utilizada 
como agente lixiviante em uma nova carga de minério. 
 
❷ A solução com o solvente carregado é enviada à etapa re-extração onde 
entra em contato com outra solução imiscível oriunda do processo de eletrólise 
chamada solução de re-extração, que é bastante ácida. Ocorre então a separação do 
composto orgânico do metal, o composto vai para a solução de re-extração enquanto 
que o metal fica livre e forma uma nova solução onde tem alta concentração. Essa 
solução concentrada no metal de interesse se chama licor rico e ela é encaminhada as 
etapa seguinte. Esse procedimento pode ser repetido quantas vezes forem necessárias 
 
 
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até que se obtenha um licor realmente rico, com a concentração desejada. 
 
 
Figura 3: Fluxograma de um sistema de extração por solvente de cobre. 
 
3.1. Nos sistemas de extração por solventes, existe um claro efeito da 
relação volume da fase orgânica (Vo)/Volume da fazer aquosa (Va) e do 
número de estágios (n) na seletividade, recuperação e/ou concentração 
residual de íons metálicos na fase aquosa após “n” extrações. Explique, com 
base na tabela abaixo. 
 
Vo mL n Total organic 
volume = nVo 
Cn g/L 
100 1 100 0.09 
50 2 100 0.02 
25 4 100 0.007 
10 10 100 0.001 
Demonstre através das fórmulas (deduções) esse efeito na concentração 
residual. 
 
O volume de orgânico é importante no processo de extração por solvente, 
pois é ele quem captura o metal de interesse da solução lixiviada. Um volume 
grande garante que o metal será capturado, porém tem custo alto. Um volume 
pequeno pode ser barato, mas pode não coletar todo o metal, deixando o em 
solução com uma concentração residual. É preciso encontrar um valor ótimo, para 
isso se faz simulação matemáticas. Considerando um exemplo onde precisa-se 
extrair um metal de uma solução que contém não um, mas dois íons em 
 
 
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dissolvidos, A e B, sendo A o íon do de interesse. O coeficiente de distribuição D é 
dado como: 
 
 
Quanto maior o valor de D, maior será a extração, pois quanto mais metal 
concentrado na solução orgânica, menos metal residual na solução aquosa, que é o 
objetivo do processo. Para a fase de re-extração temos exatamente o contrário, 
que também fica visível, pois quanto mais metal dissolvido na solução aquosa mais 
chance temos de passa-lo para a solução orgânica. Assim quanto maior D’ maior é 
a tendência de transferência do íon metálico: 
 
 
Determina-se então uma razão entre as fases orgânica e aquosa. Sendo w o peso 
inicial do soluto na fase aquosa e w1 o peso após a extração, temos: 
 
 
Sabendo que: 
 
 
Pode-se escrever dessa forma, para n extrações: 
 
 
E assim, substituindo pela concentração residual, chega-se em: 
 
 
Essa relação mostra que a concentração residual diminui com o aumento 
de extrações. Podemos ver também que com temos uma relação entre os 
volumes orgânico e aquoso. Na equação, vemos que para uma diminuição no 
volume de solução orgânica, deveríamos ter um aumento na concentração 
 
 
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residual do metal na solução aquosa, porém isso não acontece. O número de 
extrações n influencia muito mais a concentração residual, sobrepondo então o 
efeito de aumento da concentração residual provocado pela redução de volume 
de orgânico. Assim quanto mais extrações forem feitas, menos metal residual 
teremos na solução aquosa, mesmo com um volume menor de orgânico o que é 
vantajoso economicamente. 
 
 
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Kyuss – Welcome To Sky Valley (1994)