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REDUÇÃO DA GERAÇÃO DE LAMAS NA MOAGEM
PRIMÁRIA DE MINÉRIO DE FERRO ITABIRÍTICO ATRAVÉS
DA OTIMIZAÇÃO DE PARÂMETROS OPERACIONAIS *
Claudinei Roberto Guimarães1
Gabriel Gava de Castro2
Paloma Gonçalves Gomes Cipriano3
Marcos Geraldo Oliveira Guimarães4
Ricardo da Silva Leite5
Alexandro Uiliana6
Resumo
Este trabalho aborda o impacto das variáveis de processos na geração de lamas, na
etapa da moagem primária de minério de ferro itabirítico. Lamas, neste contexto, são
partículas menores que 10 micrometros, contidas no ROM britado, que podem ser
naturais ou geradas durante as etapas de cominuição, na qual a moagem possui
grande participação. A presença de lamas é maléfica ao processo de flotação e
precisam ser removidas na etapa de deslamagem. Isto acarreta em aumento da
geração de rejeitos e consequentemente, redução da vida útil da Cava utilizada para
disposição de tal. Foram realizados vários ajustes operacionais e, após a
estabilização de cada um, foram feitas amostragens a fim de mensurar a geração de
lamas. Os resultados obtidos neste trabalho, evidenciam o impacto e significativa
redução de lamas durante a variação dos parâmetros operacionais em estudo.
Palavras-chave: Geração de Lamas; Moagem Primária; Variáveis de Processos.
REDUCTION OF MUD GENERATION IN PRIMARY GRINDING OF ITABIRITE
IRON ORE THROUGH OPTIMIZATION OF OPERATIONAL PARAMETERS
Abstract
This work addresses the impact of process variables on the generation of sludge in
the primary grinding stage of itabiritic iron ore. Sludge, in this context, are particles
smaller than 10 micrometers, contained in the crushed ROM, which can be natural or
generated during the comminution stages, in which grinding plays a large role. The
presence of sludge is harmful to the flotation process and needs to be removed in the
desliming stage. This leads to an increase in the generation of waste and
consequently, a reduction in the useful life of the pit used to dispose of it. Several
operational adjustments were made and, after stabilization of each one, samples
were taken to measure the generation of sludge. The results obtained in this work
demonstrate the impact and significant reduction of sludge during the variation of the
operational parameters under study.
Keywords: Mud Generation; Primary Grinding; Process Variables.
1 Engenheiro Metalurgista, Mestre em Engenharia de Materiais, Engenheiro de Processos Sênior,
Samarco Mineração S/A, Mariana, MG, Brasil.
2 Engenheiro Metalurgista, Supervisor Laboratórios, Samarco Mineração S/A, Mariana, MG, Brasil.
3 Estudante Engenharia de Minas, Universidade Federal Ouro Preto, Samarco. Mariana, MG,
Brasil.
4 Engenheiro Mecânico, Coordenador de Processos, Samarco Mineração S/A, Mariana, MG, Brasil
5 Analista de Processos, Samarco Mineração S/A, Mariana, MG, Brasil.
6 Engenheiro de Minas, Engenheiro Especialista, Samarco Mineração S/A, Mariana, MG, Brasil
* Contribuição técnica ao 23º Seminário de Mineração, parte integrante da ABM Week 8ª edição,
realizada de 03 a 05 de setembro de 2024, São Paulo, SP, Brasil.
1 INTRODUÇÃO
Durante a concentração de minérios de ferro itabirítico, é necessário a remoção das
partículas minerais menores que 10 micrometros, denominadas lamas, que são
prejudiciais às etapas de flotação. No cenário atual, onde barragem de rejeitos de
mineração e a destinação final destes é cada vez mais desafiador, torna-se
fundamental a busca por alternativas e melhorias operacionais de modo a reduzir a
geração de lamas.
Os minérios de ferro itabirítico possuem uma certa quantidade de lamas
naturalmente, como visto na Figura 1 abaixo, referente a uma amostragem do
circuito em estudo. Porém, as etapas de cominuição são responsáveis pela geração
de uma outra parte significativa.
Figura 1. Curva granulométrica da alimentação da moagem em estudo.
A moagem primária, etapa de cominuição responsável pela redução granulométrica
para menor que 0,150mm, a fim de promover a liberação das partículas minerais,
também é responsável por aumentar a geração de lamas. Diante disto, torna-se
fundamental a análise e otimização dos parâmetros operacionais, de modo a
contribuir com a redução da geração de lamas e consequentemente, o aumento da
recuperação metálica, menor geração de lamas e aumento da vida útil da estrutura
geotécnica responsável por armazenar os rejeitos de mineração gerados. O foco
deste estudo foi na etapa da moagem primária e, a Figura 2 apresenta de modo
simplificado, as variáveis de processos estudadas.
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Figura 2. Fluxograma de uma planta de concentração de minério de ferro itabirítico.
Este trabalho foi desenvolvido ao longo dos anos de 2021 a 2023, onde foram feitas
as alterações das variáveis de processos, de forma gradativa e comparativa, haja
visto que existem duas linhas de moagem primária. Desta forma, fixava-se um
parâmetro em uma linha e alterava na outra linha e em seguida, foram realizadas as
campanhas de amostragens.
1.1 Potência de operação e grau de enchimento na moagem primária
A potência de trabalho é um parâmetro crítico para as operações, pois ela é ajustada
de acordo com o requerimento energético do ROM britado a ser beneficiado. Ao
longo de 2022, foi percebido que o P90 do produto da moagem estava muito fino e,
com isto, foi realizado um trabalho de redução de potência de operação a fim de se
evitar sobre moagem, geração de lamas e redução do consumo de energia. A Figura
3 abaixo, mostra esta redução, onde foi obtido uma redução do consumo específico
de energia, sem comprometer a qualidade do produto desta etapa.
Figura 3. Comparativo de consumo especifico de energia e retido em +100#.
De acordo com Wills [1] e Carvalho [2], na sobre moagem, ocorre a liberação tanto
da ganga quanto do mineral minério, reduzindo a granulometria a tamanhos
menores do que o necessário e consumo adicional de energia elétrica. É previsto, de
acordo com a equação de Bond, um consumo adicional de 19% de energia extra
para reduzir a granulometria de uma partícula que está em uma faixa granulométrica
para uma faixa inferior.
Roveri & Chaves [3], cita que em operações de beneficiamento de minerais, a
operação unitária de moagem pode chegar a representar 40% dos custos totais da
produção, componente de custo mais importante na produção de pelotas de minério
de ferro. De todo este custo de moagem, grande parte é proveniente a consumo da
carga moedora utilizada para a cominuição do concentrado.
A Figura 4 apresenta o comparativo entre a potência do moinho em função da carga
de bolas. A área denominada “limite de operação prática” representa a faixa normal
de operação. Os moinhos de diafragma apresentam carga de bolas de até 50% de
enchimento, enquanto os do tipo overflow não ultrapassam 45% e os de barras são
limitados a 40% [4].
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Figura 4. Configuração da carga volumétrica do moinho em função da potência [Beraldo, 1987].
1.2 Top size de reposição de corpos moedores
O tamanho do corpo moedor, responsável pela fragmentação das partículas
minerais no interior do moinho, é calculado a partir das maiores partículas da
alimentação. Por outro lado, espera-se que com o aumento do top size de reposição,
(diâmetro do corpo moedor adicionado ao moinho), de se ter uma moagem mais
grosseira, com menos presença de finos e vice versa.
Rowland [5], estabeleceu a fórmula 1 a seguir para cálculo dos diâmetros máximos
de corpos moedores.
onde,
B diâmetro máximo das bolas em mm;
F tamanho em que passam 80% da alimentação em mm;
Wi índice de trabalho em kWh/t;
Sg massa específica do minério em g/cm3;
%Vc % da velocidade crítica;
D diâmetro interno ao revestimento da carcaça em m;
K fator variável com o tipo de moagem.
Corposmoedores são responsáveis pela produção do trabalho útil no interior dos
moinhos. Este trabalho depende diretamente da forma dos corpos moedores, do seu
tamanho em relação ao material processado, da sua carga (grau de enchimento) e
do material que os compõem (composição química e tratamento térmico) [6; 7; 8]
Figueiredo [9], em seus estudos de simulação das especificações do produto para
diferentes tamanhos de corpos moedores, verificou, na etapa de remoagem de
minérios de ferro itabirítico, uma maior geração de finos para bolas de menores
diâmetros. Concluiu-se que para todos os tamanhos de bola, foi verificado que as
funções seleção específicas são do tipo normal, ou seja, a taxa de quebra cresce
com o aumento do tamanho das partículas. A Figura 5 a seguir apresenta os
resultados obtidos.
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Figura 5. Curvas da função seleção (esquerda) e função quebra (direita) simuladas para os diferentes
tamanhos (top size) de bolas para o material da alimentação da moagem secundária.
Os diâmetros dos corpos moedores podem variar entre 25 e 150 mm. As faixas
maiores são empregadas em moagem grosseira, em moinhos de grandes
dimensões, as quais podem variar entre 75 e 150mm. Na moagem mais fina, o
diâmetro utilizado foi estimado no intervalo de 25 à 75mm [6; 4; 10; 11].
Várias empresas, fabricantes e fornecedoras de corpos moedores e mineradoras,
fazem estudos do melhor top size de reposição, a fim de se ter uma melhor relação
de tamanho bolas e carga a ser cominuída, consumo específicos e granulometria
adequada do produto. A geração de ultrafinos (lamas) também pode ser
potencializada ou reduzida em função do tamanho da carga moedora. Neymayer
[12], em seus estudos, concluiu que a utilização de corpos moedores de 3 polegadas
na etapa de moagem primária e 2,5 polegadas na etapa de moagem secundária,
apresentou os melhores resultados para início de operação da planta de
beneficiamento para produção de pellet feed. A utilização de corpos moedores de
3,5 polegadas apresentou os menores consumos, porém com maior risco de
obtenção de produto fora da especificação granulométrica, além de maior carga
circulante na moagem.
1.3 Diâmetro dos vórtex dos hidrociclones classificadores
De acordo com Guimarães [13], a escolha correta da configuração de ápex e vórtex
de uma etapa de classificação, é de suma importância para a garantia da qualidade
do produto, como também outros parâmetros operacionais: carga circulante, curto
circuito, eficiência, by pass, capacidade do circuito, entre outros. Além da operação
da moagem em si, uma boa classificação nos hidrociclones é um dos principais
fatores para melhoria da eficiência de moagem.
Segundo Plitt [14], o tamanho médio das partículas do produto é intrinsecamente
ligado ao tamanho do vórtex, ou seja, quanto maior este vórtex, mais grosseiro é o
produto deste equipamento. A Figura 6 abaixo apresenta os diâmetros do vórtex que
podem ser utilizados para os hidrociclones em estudo (Gmax-26), que varia de 6 ½ a
12 polegadas. Neste estudo, conforme será visto à frente, foram comparados os
vórtex de 10 e 12 polegadas.
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Figura 6. Curva de capacidade de um típico ciclone Krebs GMAX10. Fonte: Krebs Engineers.
A ideia de aumentar o vórtex dos hidrociclones da moagem primária, de 10 para 12
polegadas, veio com o objetivo de se obter um produto um pouco mais grosseiro,
haja visto que era percebido diariamente nas operações, uma sobre moagem com o
retido em +100# na ordem de 8%, e onde o ideal seria de 10 a 12%, conforme
visualizado na Figura 7. Ao objetivar um produto com a granulometria mais
grosseira, espera-se também uma menor geração de lamas ou ultrafinos.
Figura 7. Média dos resultados de retido de +100# do produto da moagem. Fonte: Samarco.
2 DESENVOLVIMENTO
2.1 Materiais e Métodos
Todos os resultados obtidos neste trabalho, foram de escala industrial ou planta
piloto, a partir de amostras coletadas na etapa da moagem primária de minérios de
ferro itabiríticos. O circuito de moagem primária do Concentrador 3 da SAMARCO
MINERAÇÃO S/A possui dois moinhos tubulares de capacidade de 8.400kW (6,1m x
12,5m), em circuito fechado com baterias de hidrociclones de 26 polegadas. Logo,
as amostragens foram realizadas de forma simultânea, onde foi possível testar
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diferentes cenários e avaliar cada variável, principalmente quanto à geração de
lamas.
Foram realizadas uma série de amostragem, em momentos em que não haviam
instabilidades operacionais, ausência de variáveis externas e nenhum outro ruído
que pudesse interferir. Estas amostragens, foram realizadas por uma equipe técnica
capacitada do Laboratório de Desenvolvimento de Processos da Samarco (LDP).
2.2 Potência de operação e grau de enchimento na moagem primária
Ao longo dos últimos anos de operação, com a oportunidade de redução de potência
de operação, visando economia de energia elétrica e menor geração de ultrafinos,
foi sendo reduzida de modo gradativa a potência de operação. Diante disso, é
possível verificar, na Figura 8, os resultados de melhora na recuperação da
deslamagem (menor geração de ultrafinos) e ajustes do alvo retido em +100#.
Figura 8. Resultados de consumos de energia com recuperação em peso e retido +100#.
Para uma amostragem mais adequada possível, a fim de se verificar o impacto da
potência e grau de enchimento dos moinhos na geração de lamas, foi ajustado a
potência dos dois moinhos primários, sendo que o moinho denominado 05MP001,
teve sua reposição diária de bolas reduzido durante 15 dias, a fim de se reduzir seu
grau de enchimento e potência. Já no 05MP002, foi intensificada a reposição a fim
de se elevar a potência, conforme Figura 9 a seguir. A amostragem ocorreu no dia
09 de outubro de 2023, onde se nota a grande diferença de potência.
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Figura 9. Potência de operação dos dois moinhos de bolas testados.
O impacto de uma maior potência de operação, no 05MP002 ocasionou numa maior
geração de lamas conforme é visualizada na Figura 10 a seguir (14,82% contra
15,65%). Nota-se que na alimentação de ambas as linhas o percentual de ultrafinos
é bem similar.
Figura 6. Curva granulométrica e geração de lamas para diferentes potências de operação
A Tabela 1 abaixo mostra a redução de lamas, considerando os dois cenários acima.
Tabela 1. Geração de lamas em função da potência
2.3 Avaliação do diâmetro ideal de recarga na moagem primária
Ao longo dos últimos anos, foi estudado o top size ideal de recarga dos moinhos de
bolas, a fim de buscar redução energética, de consumos, otimização do produto e
também redução de geração de ultrafinos, em parceria com uma grande empresa
fornecedora de corpos moedores.
Neste trabalho citado foi estudado a política de recarga de melhor eficiência de
moagem para os moinhos de bolas do concentrador 3 da Samarco e discutido os
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efeitos da mudança da política de recarga de bolas na operação da moagem. Para a
realização deste teste, denominado Teste Batch, foi necessário:
- Coleta de material: Alimentação nova + carga circulante;
- Realização de um teste de referência no moinho batch com o mesmo minério,
mesma granulometria da alimentação do moinho industrial e mesmas condições
operacionais
- Testes de otimização alterandoum parâmetro por vez (neste caso o tamanho de
bolas)
A Figura 7 mostra um típico moinho onde é realizado este tipo de testes.
Figura 7. Moinho para realização de testes Batch da Magotteaux.
Os resultados obtidos neste teste estão apresentados na Tabela 2 e Figura 8 abaixo.
Tabela 2. Resultados do Teste Batch para diferentes recargas
Quanto maior o fator K, maior a eficiência de moagem. Baseados nos dados
amostrados descritos na Tabela 1 acima, foi decidido manter a recarga em bolas
60mm, pois:
- Embora não é a de melhor eficiência de moagem nas malhas de 150 e 106
mícrons, está próxima da de 50 mm nessas malhas e, ao mesmo tempo, possui
melhor eficiência nas partículas grossas.
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- A recarga mista é muito similar a bola de 60 mm em todos os tamanhos de malhas.
- A bola de 70 mm têm pior eficiência de moagem nas malhas finas.
- Não foi feito a classificação na peneira de 10 mícrons, porém, pelos resultados
obtidos, espera-se que as bolas de 50mm tenham maior geração de lamas, o que
também reforça o não uso da mesma.
Figura 8. Curvas de Fator K para diferentes recargas estudadas. Fonte: Magotteaux 2023.
2.4 Diâmetro dos vórtex dos hidrociclones classificadores
A Figura 9 abaixo mostra as curvas granulométricas para os vórtex de 10 e 12
polegadas, onde evidencia a menor geração de lamas com vórtex de 12 polegadas.
Figura 9. Curva granulométrica e geração de lamas para diferentes diâmetros de vórtex.
A Tabela 3 abaixo mostra a redução de lamas, considerando os dois cenários acima
e limitado a 4 ciclones, num total de 12.
Tabela 3. Geração de lamas em função do diâmetro do vórtex
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3 CONCLUSÃO
As ações implementadas industrialmente permitiram confirmar na prática as
propostas estudadas. Com a implantação das ações, tem-se um potencial de
redução de geração de lamas na ordem de 37.671+257.567 = 295.238t/ano de
lamas na etapa da moagem primária. Não foi o foco principal, mas, com esta
redução de geração de lamas, espera-se que grande parte desta massa não seja
removida no overflow da deslamagem e seja direcionada às etapas de flotações e
contribuindo para um expressivo aumento de produção de concentrado final.
Considerando uma recuperação metálica de 50%, metade deste valor pode virar
produto final, ou seja, 0,5*295.238 = 147.619t/ano a mais de produção.
O aumento do diâmetro do vórtex de 10 para 12 polegadas mostrou-se como
alternativa de geração de menor quantidade de ultrafinos, desde que limitada a 33%
do número total de ciclones.
A atual recarga de bolas de 63mm, mostrou-se a mais adequada para a otimização
dos produtos da moagem.
A redução da potência tem relação direta com a menor geração de lamas na etapa
da moagem primária.
Agradecimentos
Em especial à Gerência de Beneficiamento, às equipes de operações unitárias da
moagem, a equipe do Laboratório de Desenvolvimento de Processo da Samarco,
que suportou as amostragens necessárias e a Magotteaux pelo apoio nos testes
Batch.
REFERÊNCIAS
1 Wills, B.A. Mineral Processing Technology: an Introduction to the practical aspects of
ore treatment and mineral recovery. 7th ed. Oxford: Elsevier; 2007.
2 Carvalho, M. A. Avaliação da disposição de moinhos em circuitos de moagem de
minério de ferro. Dissertação. Programa de Pós-Graduação do Departamento de
Engenharia de Minas da Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro
Preto. UFOP; 2015
3 Roveri, E.; Chaves, A. P. Mecanistmos de desgaste de corpos moedores em
moinhos de bolas. Tecnologia em Metalurgia, Materiais e Mineração. São Paulo,
v. 8, n. 4, 261-266. 2011.
4 Beraldo, J. L., “Moagem de minérios em moinhos tubulares”. 1ª ed. São Paulo:
Edgar Blücher, p.1-47, 1987.
5 Rowland, A.R. Ball Mill Scale Up – Diameter Factors, In: Advances in Mineral
Processing, 1986, Louisiana Estados Unidos. Anais Littleton Estados Unidos: Society of
Mining Engineers, 1986. p 605-617.
6 Taggart, A. F., “Handbook of Mineral Dressing: Ores and Industrial Minerals”,
John Wiley & Sons, Sections 5 and 6, pp. 5.01 - 6.54, New York, 1927.
7 Kruger, F. L., “Corpos Moedores Côncavos”, Belo Horizonte, Tese de
Doutorado, CPGEM, CPGEM / UFMG, 2004.
8 Neto, N. S. Determinação dos parâmetros de quebra do calcário calcítico usado
na pelotização de minério de ferro. Dissertação. Curso de Pós-Graduação em
* Contribuição técnica ao 23º Seminário de Mineração, parte integrante da ABM Week 8ª edição,
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Engenharia Metalúrgica e de Minas da Universidade Federal de Minas Gerais.
2011.
9 Figueiredo, A.C.L., Oliveira, J. T., Matos, V. E., Mazzinghy, D. B. Simulação das
especificações do produto de uma etapa de moagem secundária da Samarco para
diferentes tamanhos de bolas. XX Simpósio de Mineração; ABM Week. Outubro de
2019. São Paulo, SP, Brasil.
10 Galéry, R., “Moagem: Modelagem de parâmetros de quebra através da análise
da energia de fratura”, Tese de Doutorado, CPGEM / UFMG. 2002.
11 CHAVES, A. P., PERES, A. E. C., “Teoria e prática do tratamento de minérios.
Volume 3. 5ª edição. Oficina de Textos. 2021.
12 Neymayer, P. L. Efeito do tamanho do corpo moedor na moagem: eficiência
energética, opex e geração de ultrafinos. 42º Seminário de Redução de Minério
de Ferro e Matérias-primas / 13º Seminário Brasileiro de Minério de Ferro. vol.
6. (2012).
13 Guimarães, C. R et all. Otimização da remoagem visando redução da geração
de superfície específica para minérios com altos teores de PPC - Contribuição
técnica ao 22º Simpósio de Mineração, parte integrante da ABM Week 7ª
edição, São Paulo, SP, Brasil. 2023.
14 14 Plitt, L.R.A. Mathematical Model for the Hydrocyclone Classifier. CIM Bulletin; 1976.
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