TRABALHO LIXIVIAÇÃO

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DESENVOLVIMENTO DE MINA
LIXIVIAÇÃO
João Monlevade - MG
2016
	
	
	
DESENVOLVIMENTO DE MINA
LIXIVIAÇÃO
 
João Monlevade - MG
2016
INTRODUÇÃO IZABELA 
A lixiviação (conhecida também como “arraste” ou “lavagem”) é um processo de extração, que consiste basicamente na remoção de compostos inorgânicos ou orgânicos de rochas minerais, solo, resíduos sólidos, para beneficiamento no caso das rochas minerais e, para análise de compostos químicos, no caso de solo e resíduos sólidos. Sendo um processo muito utilizado na indústria metalúrgica e química.
Na lixiviação, os compostos químicos são removidos através do uso de um solvente (podendo ser um ácido, uma base ou até a própria água), que tenha afinidade com o composto químico a ser removido. Sendo que esse composto químico a ser removido pode ser uma impureza, como no caso de beneficiamento de minérios em indústrias metalúrgicas, ou alguns compostos que se pretende analisar quantitativamente e analiticamente, como no caso da análise de solos e resíduos.
O processo de lixiviação também pode ser usado empregando-se microrganismos (bactérias quimioautotróficas), que capazes de solubilizar metais através da oxidação de sulfetos metálicos. Esse processo de lixiviação empregando microrganismos é conhecido como lixiviação bacteriana (também chamado de biolixiviação) e, é muito utilizado no tratamento de efluentes.
OBJETIVO
O objetivo desse estudo é permitir o conhecimento básico sobre Lixiviação sob alguns aspectos, e constatar sua importância nas atividades mineiras. Dessa forma, nesse trabalho serão apresentados de maneira sucinta, entre outros, os conceitos relevantes da lixiviação, o método utilizado, principais tipos, e aplicação.
1.	LIXIVIAÇÃO APLICADA À MINERAÇÃO
Lixiviação é dissolução do mineral do metal de valor pela água ou por uma solução aquosa do agente lixiviante. O processo de lixiviação é executado com o objetivo único de separação. A lixiviação consiste, tipicamente, na remoção do metal de valor de modo a separá-lo de uma grande massa de ganga com um beneficiamento mínimo do minério. Contornam-se, dessa forma, os custos associados ao tratamento do minério. O procedimento segue com processos extrativos hidrometalúrgicos. Em alguns casos, a lixiviação também é usada para a remoção de impurezas. Quando realizada com este objetivo, o processo é chamado de lixiviação inversa, ou beneficiamento hidrometalúrgico. O mineral do metal de valor permanece no estado sólido. Paradoxalmente, o caso do metal alumínio – a mais importante aplicação da lixiviação – é intermediário entre os citados acima, onde o teor do minério contendo o metal de valor é elevado e a lixiviação é feita basicamente para deixar intocadas as impurezas. O procedimento segue com processos extrativos hidrometalúrgicos. 
A capacidade de tratar minérios com baixos teores, dispensando o seu beneficiamento, é a característica básica da lixiviação, que se fundamenta na especificidade do agente de lixiviação empregado. Idealmente, e de maneira geral, ele deve ser: barato; específico – para não reagir com a massa de minerais da ganga e assim dissolver elementos indesejados; solúvel em água; e reciclável – para não elevar os custos do procedimento extrativo. Na lixiviação, os reagentes mais comuns são (ver Tabela 1.1): ácido sulfúrico, sulfeto férrico, amônia e carbonato de amônio. O ácido sulfúrico é usado com minerais da classe dos óxidos; sal férrico oxidante é empregado no ataque a sulfetos, e as soluções amoniacais são empregadas na lixiviação de cobre nativo ou cobre e níquel no estado metálico (previamente reduzidos em alguma outra operação). Se o mineral for um sulfato – natural ou produto da ustulação (processo pirometalúrgico) de um sulfeto – bastará água para dissolvê-lo. Se pudermos escolher entre ácidos ou álcalis, escolheremos ácidos para uma ‘ganga ácida’, e vice-versa.
A concentração do agente na água varia bastante: o ácido sulfúrico, por exemplo, é usado desde a concentração de 1-5 g/L, na lixiviação em pilhas, até a concentração de 50 g/L, na lixiviação por agitação (para detalhes, ver Tabela .12).
2.	ASPECTOS GERAIS ERICA
2.1	Seletividade 
O sucesso da lixiviação se baseia fortemente na sua seletividade – ou seja, na capacidade de extrair seletivamente o metal de valor dentre outros, impurezas. A seletividade, por sua vez, se fundamenta numa posição relativamente favorável entre as linhas que descrevem a concentração dos íons em função do pH; ou seja, enquanto a concentração dos íons do metal de valor deve ser elevada, o inverso deve acontecer com os íons da impureza. Assim, a lixiviação ácida da Gibbsita, é feita, atualmente, por meio do ataque por álcalis, pois desta forma o teor de ferro, que a impurifica na solução, pode ser mantido em teores baixos. Antigamente havia minérios suficientemente “puros”, de tal modo que uma dissolução ácida ainda era possível. 
2.2	Dificuldades 
Entre as principais dificuldades da lixiviação está a cinética relativamente lenta à temperatura de 25ºC. Pelo lado termodinâmico fica aparente a complexidade do processo real. Os diagramas de Pourbaix – usados normalmente no planejamento da lixiviação – mostram, comumente, apenas um equilíbrio muito simples entre os componentes do sistema (Me-O-H), enquanto que, na realidade, há a presença (i) de outros elementos (metálicos ou não) no sistema, (ii) do cátion ou ânion que formam a base ou o ácido usados para modificar o pH como, por exemplo, o Na+ e o Cl- no caso do ácido clorídrico e da soda cáustica, respectivamente, e, por último, pode haver a presença (iii) de íons complexos – como, por exemplo, Au(CN)2 - no caso da lixiviação do ouro. O consumo de reagentes, por outro lado, mostra que, de fato, a seletividade é apenas uma meta, pois parte desses insumos acaba sendo perdida em reações com a ganga.
2.3	Reatores 
A lixiviação normalmente é realizada em tanques de percolação, mas pode ser executada em reatores específicos como, por exemplo, as pachucas (tanques afunilados, onde a agitação é proporcionada pela turbulência provocada pela injeção de ar comprimido pelo fundo). Os reatores mais sofisticados, contudo, são as autoclaves. Elas trabalham com temperaturas e pressões elevadas (em relação à temperatura e pressão de ebulição da água) e são, por consequência, reatores tecnicamente complexos. De uma maneira geral, “reatores” muito simples são usados quando a lixiviação é aplicada a minérios com baixos teores do mineral do metal de valor (ou mesmo sobre rejeitos). Trata-se, neste caso, apenas de equipamentos capazes de aspergir a solução lixiviante sobre pilhas de matéria-prima montadas diretamente sobre locais adequados (com um piso impermeável) para a coleta da solução. Por último, a lixiviação pode ser efetuada mesmo sem reator algum, in situ, pela injeção e aspiração direta de solução lixiviante no corpo mineral.
3.	TIPOS DE LIXIVIAÇÃO		NATHIEGAN
O processo de lixiviação consiste em extrair substâncias minerais do solo, ou até mesmo o seu deslocamento por meio da infiltração ou dissolução em um líquido, como a água em contato com o solo. Existem muitos métodos de lixiviação hoje em dia e a escolha depende principalmente do teor do minério, isto é, a porcentagem do mineral em interesse, e da facilidade desse minério em se dissolver em contato com um reagente.
3.1	Lixiviação no local: “in situ”
Esse método de lixiviação consiste em uma dissolução seletiva de minerais de valor a partir da pulverização, ou seja, quando o corpo do minério está exposto, ou através de injeção de agentes lixiviantes no depósito com coleta posterior da solução mãe, isto é, quando o minério estiver submerso. Tecnicamente, o minério é fragmentado e lixiviado no próprio local por um determinadoperíodo de tempo.
Para que ocorra esse método, é preciso ficar atento a certas propriedades:
O minério deve ser de baixo teor;
Tanto a mineração quanto o transporte são procedimentos de custo elevado;
É possível obter bons resultados a partir de minérios de alto teor;
O minério deve ser permeável para a lixiviação em solução;
O corpo do minério deve estar confinado entre uma camada impermeável que irá prevenir as perdas de solução.
A técnica de pulverização desse método pode ser observada na imagem abaixo:
Já, a técnica de injeção está na imagem abaixo:
 
Exemplos a partir do método de lixiviação “in situ”: extração de depósitos subterrâneos de sais solúveis, como NaCl,NaSO4 e trona (Na3HCO3CO3.2H2O), além de minérios de cobre e urânio. A presença de pirita (FeS2) nos minérios de cobre aumenta a taxa de lixiviação devido a sua oxidação (reação exotérmica) e consequente formação de H2SO4 e Fe2(SO4)3.
3.2	Lixiviacao em pilha ou em depósito (“heap” ou ”dump”)
A lixiviação em pilha começa com a preparação da área que seja lixiviada. É preciso que a compactação seja com ligeira inclinação e que tenha uma cobertura (camada de asfalto) sobre uma placa de plástico flexível. O minério britado é, então, transportado da mina para a área preparada em pilhas de 10 a 15 metros. Assim, o agente lixiviante é pulverizado no topo do depósito através do qual percola. A solução lixiviada é coletada no fundo da pilha e quando o material é todo lixiviado, o rejeito é removido por caminhões, com a área sendo reutilizada para nova batelada. Entretanto, os principais problemas da operação em pilha são muitos, por exemplo, a obturação com argilas finas, hidróxido férrico ou sulfato básicos; perdas do agente lixiviante por evaporação, vazamento de solução na base de pilha e estabelecimento  de caminhos preferenciais, chamado “channelings”.
Exemplos de lixiviação em pilha:
3.3	Lixiviação por percolação ou cuba (vat)
Esse método de lixiviação é utilizado nos casos em que o material é poroso e arenoso, que tende a compactar, selando as pilhas. O fator determinante para uma boa percolação é a regularidade no tamanho das partículas. Por outro lado, nos materiais que apresentarem partículas de tamanhos desiguais, ocorre a compactação das partículas menores nos espaços maiores, obstruindo canais de escoamento. Logo, a extração torna-se lenta com formação de caminhos preferenciais, levando ao processo insatisfatório com formação de muita lama.
O material é colocado em um tanque equipado com fundo falso e coberto com um meio filtrante. A solução é adicionada no topo do tanque, permitindo a percolação sobre o material. Os tanques são arranjados em um sistema operando em regime contínuo e em contracorrente, de forma que a alimentação do sólido seja adicionada no último tanque e o agente lixiviante fresco no 1º tanque, sendo bombeado sucessivamente para os demais tanques até atingir o último. As vantagens desse método começam pelo baixo custo de reagente; elevadas concentrações na produção de soluções e a eliminação de operações onerosas, isto é, decantação e filtração. Principais propriedades:
Capacidade média dos tanques: 12000 Ton.
Ao final da lixiviação, os tanques são esvaziados com pás mecânicas e nova batelada é introduzida.
Tempo de lixiviação: de 2 a 4 dias.
Empregado na lixiviação de minérios de ouro, cobre e urânio.
Veja o tanque empregado na lixiviação por percolação:
3.4	Lixiviação em polpa ou agitada
A lixiviação em polpa consiste no agente lixiviante ser adicionado a um material finamente moído. A mistura forma uma polpa, que é agitada continuamente para evitar a sedimentação dos sólidos e concluir o processo de lixiviação no menor tempo possível. Esse processo é empregado nas seguintes condições: se o minério de alimentação for de teor alto, se os metais de valor forem grãos pequenos disseminados na rocha e se os metais de valor são difíceis para dissolver exigindo agitação intensa para elevar a taxa de dissolução, faz-se necessária a realização de extensivas etapas de britagem e moagem antes da lixiviação para expor a superfície do sólido.
Entretanto, esse método precisa de equipamentos de alto custo e é necessário alto índice de recuperação. Podem ser adotadas condições de lixiviação suaves (soluções diluídas + temperatura ambiente) ou severas (soluções concentradas ácidas ou básicas + alta temperatura e pressão). Os métodos de agitação podem ser conduzidos de duas maneiras: mecânica, em que se usa um impelidor (transmite a energia cinética rotacional) acoplado a um motor, equipamentos caros e com alto custo de manutenção; e pneumática, onde se usa ar comprimido ou vapor em alta pressão. Sua vantagem é o menor custo de manutenção por haver partes móveis no sistema de agitação. Nesse método por lixiviação pode ocorrer a pressão ambiente ou sob pressão. A primeira é conduzida em vasos abertos ou fechados em temperaturas ambiente ou moderada, em temperaturas próximas ao ponto de ebulição da solução com o refluxo por meio da instalação de condensador ou em reatores vedados para prevenir a perda de vapor. Já a segunda, utiliza-se vasos de pressão (autoclaves) e pode ser de dois tipos: na ausência ou na presença de ar ou oxigênio.
3.5	Processo de cura
O processo de cura é utilizado quando a lixiviação agitada se torna impossível devido a cristalização da polpa do minério como uma massa densa nos primeiros estágios da lixiviação. A mistura solidificada é alimentada em um reator sem agitação, numa temperatura em torno de 200°C. Ela pode ser conduzida em digestores ou em fornos rotativos. Os digestores são grandes tanques feitos de aço revestidos com tijolos resistentes aos ácidos, os quais são usados na lixiviação da ilmenita ou escórias de titânio com H2SO4 concentrado. Os sólidos finamente divididos são misturados ao ácido. A mistura é aquecida com vapor (180°C), em pressão elevada, para iniciar a reação. Atingindo essa temperatura, o material reage vigorosamente → reação exotérmica. O material se solidifica, impossibilitando a agitação. Após 13h, o material deixa o reator. Depois do resfriamento, ácido sulfúrico diluído (ou água) é adicionado para dissolver e descarregar a “torta”.
Exemplo de utilização:
Tratamento da areia monazítica (contém metais pesados) com H2SO4 concentrado.
É preparada uma pasta do material com ácido para ser queimada no forno de 200°C.
O sólido é descarregado no forno e lixiviado com água.
3.6.	Hidrometalurgia
A Hidrometalurgia é o processo utilizado para separação de minerais no qual a principal etapa de separação do metal-ganga é feita através das reações de quebra do minério em um meio aquoso. Por isso, o termo hidro, que remete a solução aquosa, água. Os minerais encontram-se na natureza agregados a outros materiais que necessitam ser separados para que o uso do mineral adequado seja feito da melhor maneira possível. Neste processo, a hidrometalurgia tem um papel importante para a separação do mineral a ser utilizado, do chamado ganga. Este processo utiliza o meio aquoso para realizar tal separação. Vale destacar que metais-ganga são as substâncias que devem ser extraídas dos materiais desejados, sendo considerados como material estéril, ou seja, sem aproveitamento. 
Ainda ao longo da extração, os materiais compostos são analisados e classificados entre econômicos e não econômicos, isto é, os primeiros têm valor comercial e os segundos não – ganga; justamente esse é o raciocínio para que se possa chegar à real viabilidade econômica da mineração. Os referidos materiais estéreis são removidos com os minérios e, por isso, devem ser totalmente separados, para que haja o aproveitamento do minério. Assim, a ganga é a parte desprezada como um resíduo. Há casos, entretanto, em que a ganga pode ganhar alguma nova utilização, mas devem antes passar por processamentos, de modo a remover partículas que ofereçam maior interesse. É preciso notar, contudo, que há casos que minérios ou outras partes economicamentevaliosas estão muito entranhados à ganga e, desse modo, acabam por oferecer custos muito elevados para que ocorra a separação. Por isso, tende-se a rejeitar tal procedimento.
A utilização mais frequente da hidrometalurgia ocorre, sobretudo, no caso da extração de cobre de minérios oxidados de baixo teor. O uso desse tipo de procedimento para o caso dos minérios sulfetados incorre na ocorrência de uma etapa prévia de beneficiamento de minério para que ocorra a obtenção do concentrado sulfetado, que ainda deverá sofrer um processo de ustulação, de modo a transformá-lo em um elemento intermediário e oxidado. Um grande exemplo da relevância da hidrometalurgia reside no processo de beneficiamento do próprio ouro. Isso porque tal metal nobre pode ser localizado em concentrações baixas do ambiente. Portanto, uma das maneiras de se extrair ouro é mediante aplicação de produtos hidrometalúrgicos, bem na sequência do beneficiamento do minério. Portanto, o ouro primeiro passa pela lixiviação – ou seja, uma dissolução do material em meio aquoso – um dos desafios é que o ouro não é solúvel em água, então é necessário cianeto, um complexante, que promove a lixiviação e estabilização do ouro. Só após passar por todas as etapas acima apresentadas é que o ouro poderá, de fato, ser utilizado como um metal de valor econômico e, sobretudo, nobre.
4.	MINERAÇÃO BIOLÓGICA		BIANCA
O mundo não se pode dar ao luxo de abrir mão da mineração, que é um dos motores da economia global e que está na base de todas as demais indústrias. Mas talvez possa ser possível fazê-la de uma forma mais eficiente. É nessa direção que caminham os esforços de cientistas que pretendem substituir os métodos tradicionais da atividade mineradora por outros, que se aproveitam do trabalho silencioso e invisível dos micro-organismos, particularmente bactérias.
É a biomineração. Bactérias naturalmente encontradas junto a grandes depósitos de cobre, níquel e ouro vêm sendo estudadas por cientistas como Denise Bevilaqua, do Instituto de Química da Unesp de Araraquara, que busca uma forma economicamente viável de extrair esses minerais da natureza, por meio de um processo conhecido como biolixiviação ou bio-hidrometalurgia. Segundo a pesquisadora, a biomineração pode ser menos agressiva ao ambiente.
"A grande vantagem," afirma a pesquisadora, "é que na biomineração a liberação do material de interesse não exige queima, como nos métodos tradicionais [pirometalurgia], o que elimina a emissão de gases poluentes, como o monóxido de carbono e o óxido sulfuroso".
4.1	Biomineração de cobre
Os micro-organismos mineradores consomem substâncias conhecidas como sulfetos, e os convertem em ácido sulfúrico, que acaba tornando solúveis os minérios de interesse econômico. Estes, por sua vez, são recuperados posteriormente, na forma sólida. "Cerca de 20% do cobre produzido no mundo já é extraído por biomineração, e boa parte dele vem do Chile, onde o processo está mais desenvolvido", diz Denise. Lá, pesa ainda o fato de ser muito caro levar uma infraestrutura complexa até grandes altitudes, na região dos Andes. "Por isso os chilenos preferem carregar equipamentos mais simples usados na biolixiviação, que é feita in loco", acrescenta a pesquisadora.
Maior produtor mundial, o Chile foi responsável por 36% dos 16 milhões de toneladas de cobre comercializados em 2010, segundo o Grupo Internacional de Estudos sobre o Cobre (ICSG, na sigla em inglês). O Brasil é o 15º maior produtor mundial do metal, com produção estimada de 230 mil toneladas em 2010.
Amostra de calcopirita, mineral que é uma das principais fontes de extração do cobre. [Imagem: Unesp Ciência]
4.2	Resíduos e dejetos
Espera-se também que a biomineração aumente a eficiência do processo extrativo. Os micróbios mineradores podem ser usados em materiais com baixo teor do metal de interesse, quando o custo de empregar as tecnologias atuais não compensa. Isso significa explorar depósitos que hoje são considerados economicamente inviáveis.
Usar a mão de obra invisível também é conveniente quando o substrato é complexo, porque aglutina diferentes tipos de minerais, o que hoje representa um desafio para a mineração tradicional.
4.3	Biomineração substitui mineiros por bactérias
Mas o melhor de se colocar as bactérias para trabalhar com mineiras é que elas conseguem retirar metais de resíduos e dejetos da indústria mineradora, fazendo ao mesmo tempo a extração do material de interesse econômico e o tratamento dos efluentes. O grupo de pesquisa chefiado por Denise em Araraquara trabalha com a calcopirita (CuFeS2), o minério bruto de onde é extraído o cobre. Apesar de abundante, a calcopirita não é o subtrato que mais facilita o trabalho bacteriano, por isso mesmo ninguém desenvolveu ainda um método de larga escala para biomineração. A bactéria eleita para a tarefa chama-se Acidithiobacillus ferrooxidans. 
Para que o processo possa ser colocado em prática, nem sempre será necessário que haja uma inoculação de bactérias no local. O que pode ser feito é o despejo de um meio ótimo para que os micro-organismos já presentes naquele material cresçam e se desenvolvam satisfatoriamente. Esse meio líquido seria despejado em uma pilha de minério, posta sobre uma camada impermeabilizante e ligada a um sistema de drenagem. Em alguns casos, é realizada também a inoculação da linhagem desenvolvida, sempre em pilhas isoladas do restante da mina. "É muito importante controlar o meio e impedir que ele vaze e alcance os rios, já que todo processo de extração mineral é contaminante", pondera Denise, ressaltando que a biolixiviação é um processo mais amigável ao ambiente que os usados tradicionalmente, mas não chega a ser tão amigo assim. "É uma operação muito mais econômica e tem um gasto de energia bem menor, mas não deixa de degradar. Tem que arrancar a pedra, quebrar, explodir, não tem jeito."
Versão selvagem do fungo Aspergillus nidulans, que está sendo adaptado para exploração de terras raras. [Imagem: Unesp Ciência]
4.4	Terras raras
Mas nem só com bactérias se faz biomineração. O grupo de pesquisa coordenado por Sandra Sponchiado, também do Instituto de Química de Araraquara, trabalha com fungos e já identificou em certas espécies o potencial para obter metais valiosos por meio da biossorção - nome dado aos processos em que um sólido de origem biológica retém certos tipos de metal. Os metais em questão são as cobiçadas terras raras, elementos químicos do grupo dos lantanídeos - a penúltima linha da tabela periódica - que têm grande valor por serem matérias-primas de boa parte dos aparelhos de alta tecnologia desenvolvidos no Vale do Silício - smartphones e tablets, por exemplo.
Nesse caso, empregam-se os chamados fungos filamentosos pigmentados. Segundo Sandra, a presença dos pigmentos é justamente o que faz com que a biomassa produzida pelo fungo tenha grande capacidade de se ligar a metais. O grupo de Sandra realizou um amplo estudo com diversas espécies de fungos, o que levou à escolha definitiva de um deles: o Cladosporium sp. "A grande vantagem dos fungos é que podemos obter a biomassa com baixo custo. É muito barato cultivá-los", afirma a pesquisadora. Atualmente ela trabalha com uma linhagem mutante da espécie Aspergillus nidulans, isolada em seu laboratório, cuja capacidade biossortiva está se mostrando superior à do Cladosporium.
"O intuito dessa pesquisa, na verdade, é fazer a extração desses metais contidos em resíduos industriais", diz Sandra. "Há resíduos com quantidades de terras raras que não podem mais ser retiradas por meio de processos químicos. Com o alto valor que esses metais possuem, uma biomassa de fungos que ainda consiga extrair mais um pouco pode ser uma possibilidade interessante".
Em síntese, a Biolixiviação apresenta vantagens e desvantagens que devem ser ponderadas antes da escolha do método (Ver quadro abaixo).
CONCLUSÃO
O mundo não pode abrir mão da mineração, que é um dos motores da economia global e que está na base de todas as demaisindústrias. Então formas mais eficientes e com menor custo devem ser desenvolvidas, nesse sentido a Lixiviação é capaz de tratar minérios com baixos teores, dispensando o seu beneficiamento e/ou beneficiamento mínimo.
REFERÊNCIAS
http://www.engquimicasantossp.com.br/2014/10/processo-de-lixiviacao.html#ixzz4If3mkgpx
http://tecnicoemineracao.com.br/hidrometalurgia-na-mineracao/
http://tecnicoemineracao.com.br/os-principais-metodos-de-lixiviacao/
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=biomineracao-bacterias-fungos#.V8Ny25grLIU
https://pt.scribd.com/doc/91601315/Apresentacao-biotecnologia-Biolixiviacao
 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MINAS GERAIS
FACULDADE DE ENGENHARIA
JOÃO MONLEVADE - MG
 UNIVERSIDADE DO ESTADO DE MINAS GERAIS
FACULDADE DE ENGENHARIA
JOÃO MONLEVADE - MG
Trabalho apresentado à professora Fernanda Fonseca, pelos alunos Bianca Totes, Erica de Souza, Izabela Linhares, Nathiegan Silva sobre Lixiviação, pela disciplina de Desenvolvimento de Mina, como requisito parcial para a apresentação em sala de aula. 
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