aula 1: Introdução ao beneficiamento mineral. Caracterização tecnológica de minérios

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Introdução à Caracterização 
Processamento e Obtenção de 
Materiais (ICPOM)
Prof. Rogério N C de Siqueira
rnavarro@puc-rio.br
Objetivos da aula
• Matéria-prima mineral:
– Minérios, minerais e mineral de interesse.
• Propriedades dos minerais:
–Estrutura cristalina, alotropia, 
isomorfismo.
• Análise química elementar e análise 
mineralógica.
• Introdução ao beneficiamento mineral:
– Liberação e fragmentação.
• Grau de liberação e granulometria.
–Análise granulométrica e do grau de 
liberação.
Do minério ao metal....
• Extração (lavra) e beneficiamento mineral (Eng. de 
Minas): 
– Processos físicos de fragmentação e concentração.
• Obtenção de metais (eng. Metalúrgica):
– Síntese (extração) e refino (purificação) - Eng. 
Metalúrgica:
• Reações químicas (temperaturas elevadas, 
soluções aquosas, células eletroquímicas).
• Otimização de propriedades e fabricação (eng. de 
materiais):
– Modificação na estrutura interna dos materiais e 
definição da sua forma (fabricação de peças).
• Processos físicos (ex. tratamentos térmicos).
Conceito de mineral
• “Substância mineral, ou simplesmente 
mineral, é todo corpo inorgânico de 
composição química e de propriedades 
físicas definidas (ex. estrutura cristalina), 
encontrado na crosta terrestre.”
– Livro Tratamento de Minérios, CETEM.
• Rocha = agregado de minerais.
Classes de minerais
Minerais e cristais
• Todo mineral é um cristal com uma estrutura 
cristalina única, ou seja, não existem minerais 
distintos com estruturas idênticas.
– Arranjo atômico ordenado seguindo um 
padrão específico, gerado a partir de um 
resfriamento muito lento (escala de tempo 
geológica).
• A unidade mais fundamental da estrutura é 
a célula unitária.
Isomorfismo
• Isomorfismo: possibilidade de um mineral 
abrigar em sua rede cristalina átomos de outros 
metais (impurezas).
– A estrutura cristalina muda, bem como as 
propriedades de um modo geral são 
alteradas.
• Fenômeno dependente das condições 
geológicas inerentes à ocorrência mineral. 
–Impurezas ligadas quimicamente – 
problema para a metalurgia extrativa.
Alotropia
• Fenômeno definido pela possibilidade de 
dois minerais apresentarem a mesma 
fórmula química.
– Estrutura cristalina e propriedades 
mudam.
• Dependente das condições geológicas 
de formação da jazida.
–Fundamental para a quantificação 
dos minerais presentes na rocha via 
análise mineralógica.
»Dois minerais podem apresentar 
a mesma fórmula química, 
porém a estrutura cristalina é 
única.
Minerais metálicos e industriais
• Depende da utilização:
– Metálico: fonte de algum metal de valor 
tecnológico via metalurgia extrativa:
• Ex. Óxidos e sulfetos (Fe2O3, Cu2S, MnO2, 
NiS, ZnS, TiO2, FeTiO3, SiO2)
– Industrial: pode ser utilizado diretamente
• Ex. CaSO4, BaSO4, CaCO3, SiO2, TiO2, 
Mg3Si2O5(OH)4
Conceito de Minério
• “Minério é toda rocha constituída de um 
mineral ou agregado de minerais contendo 
um ou mais minerais valiosos (mineral ou 
minerais de interesse - MI), que podem 
ser aproveitados economicamente. O 
mineral ou conjunto de minerais não 
aproveitados de um minério é denominado 
ganga.”
– Livro Tratamento de Minérios, CETEM.
Principais jazidas em território nacional
Questões ambientais
• Minérios são recursos não renováveis.
• A indústria metalúrgica é uma das que mais 
poluem no mundo.
– Reciclagem de metais e ligas.
– O entendimento profundo dos processos de 
beneficiamento mineral e metalurgia extrativa 
permite, aliado ao adequado planejamento:
• Controle de emissões.
• Redução do desperdício de recursos.
• Otimização do uso da água e energia 
elétrica.
Caracterização tecnológica de minérios
• Caracterizar = conhecer:
– Realizada em diferentes etapas com objetivos 
distintos.
• Inicialmente para conhecer a matéria-prima mineral:
– Análise química elementar (AQE).
– Análise mineralógica (AM).
• Minério ou rocha?
• Quais impurezas (ganga e isomorfismo).
• Durante o beneficiamento mineral:
– Análise granulométrica (AG).
– Análise do grau de liberação (AGL).
• Otimização do processo e minimização dos 
investimentos energéticos.
Análise química elementar (AQE)
• Conjunto de técnicas, destrutivas ou não, 
utilizadas com o intuito de se determinarem os 
teores (concentrações) dos elementos 
presentes em certa amostra mineral:
– Ponto de partida para a análise mineralógica.
• Métodos químicos clássicos.
• MEV e EDS (microscopia eletrônica de 
varredura e espectroscopia de dispersão 
de raios X).
Métodos químicos clássicos
• Lixiviação ácida ou básica:
– Solução contendo cátions metálicos.
• A lixiviação pode ser seletiva.
• Precipitações seletivas (T, pH):
– Metais são removidos da solução 
seletivamente na forma de precursores
• MOH, MSO4, MO.
– Tratamento químico dos precursores:
• MOH = MO + 1/2H2
• MO+H2= M + H2O
MEV/EDS
• Técnica não destrutiva baseada na interação de 
um feixe de elétrons com a amostra gerando 
uma imagem das partículas e um espectro 
característico (EDS).
– Morfologia e identificação/quantificação dos 
elementos presentes.
• Requer curvas de calibração para ser 
quantitativa.
Análise mineralógica - definição
• Quantificação dos minerais presentes em 
amostras de minério:
– Amostras representativas de pulverizadas.
– As fases (minerais) devem ser cristalinas.
• Interação com raios X gera difração 
(fenômeno ondulatório).
–Interferência construtiva de ondas de 
raios X em direções (ângulos 
específicos).
Análise mineralógica – o método
• Etapas:
– Aquisição do espectro em difratômetro (Bragg - 
Brentano).
– Base de dados mineralógica a partir de dados de 
AQE.
• Ex. Fe, Zn, O – FeO, Fe2O3, Fe3O4, ZnO e 
Fe2ZnO4
– Base de dados cristalográfica – ICSD.
– Método de Rietveld:
• Determinação da fração mássica de cada 
mineral e impurezas nas redes de minerais 
específicos. 
 
Ângulo de Bragg (graus)
908070605040302010
in
te
ns
id
ad
e 
ra
io
s 
x
4.000
3.500
3.000
2.500
2.000
1.500
1.000
500
0
-500
Franklinite 88.69 %
Hematite 9.90 %
zincite 1.41 %
 
Ângulo de Bragg (graus)
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Franklinite 88.69 %
Hematite 9.90 %
zincite 1.41 %
 
Ângulo de Bragg (graus)
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Franklinite 88.69 %
Hematite 9.90 %
zincite 1.41 %
Beneficiamento mineral
• Processos de natureza física visando à 
liberação e subsequente concentração do MI:
– Fragmentação:
• Preparação de matéria-prima para a 
concentração.
–Elevação do grau de liberação.
– Concentração (separação física do MI):
• Concentrado:
–“Rico” em MI
• Rejeito:
–“Pobre” em MI.
Minério de ferro de carajás
• Não há concentração – teor de Fe2O3 superior 
a 98%, sendo o SiO2 o principal contaminante:
– Granulado (20 – 30mm).
– Sinter-feed (0.1 – 1mm) para a produção de 
sinter.
– Pelet-feed (<0.1mm) para a produção de 
pelotas.
• Sinter e pelotas são insumos mais 
eficientes para a etapa inicial do processo 
nas siderúrgicas integradas.
Fragmentação e liberação mineral
Liberação e granulometria
Resistência mecânica mineral
• Minerais são materiais de elevada resistência 
mecânica.
– Processos de fragmentação consomem 
quantidade razoável de energia e por isso 
devem ser planejados com cautela.
• Convém fragmentar o mínimo possível e da 
forma mais eficiente.
– Motivação para análise granulométrica e 
do grau de liberação.
– Distribuição do tamanho de partícula e liberação do 
MI após cada etapado fluxograma de beneficiamento. 
Análise granulométrica clássica
• Quantificação da distribuição de tamanhos de 
partículas (granulometria) do minério processado 
via fragmentação.
– Classificação em faixas de tamanho 
(peneiras).
– Determinação da fração mássica associada a 
cada uma das faixas granulométricas 
identificadas.
• Massa coletada na peneira / massa total da 
amostra.
Análise graulométrica via microscopia
• Microscopia óptica ou eletrônica:
– Observação direta de grupos de partículas.
• Escala micrométrica à nanométrica.
• Diferentes amostras representativas:
– Imagem microscópica digitalizada.
• Contagem usando algum algoritmo de 
processamento digital de imagens (PDI).
• Algumas características:
– Maior complexidade de implementação.
• Programação em PDI.
– Pode-se trabalhar com partículas finas.
Grau de liberação – via % de MI
• Separação por diferenças na granulometria 
(classificação), seguida de concentração por 
diferença em alguma propriedade física (ex. 
densidade):
– AQE e AM para cada amostra produzida, 
avaliando-se o teor de MI.
• O teor de MI é uma medida indireta do 
grau de liberação em cada amostra.
–Quanto maior o grau de liberação, maior 
quantidade de partículas livres (somente 
MI), logo o teor será também maior após 
a concentração.
Grau de liberação – método de Gaudin
• Classificação com peneiras e análise 
granulométrica:
– Percentual de cada fração presente em cada 
faixa de tamanho de partícula.
• Análise do % de MI total em cada fração (AM) e 
do % de MI liberado (microscopia e PDI).
– Medida direta do quão “solto” se encontra o MI 
após cada operação de fragmentação.
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	Objetivos da aula
	Do minério ao metal....
	Conceito de mineral
	Classes de minerais
	Minerais e cristais
	Isomorfismo
	Alotropia
	Minerais metálicos e industriais
	Conceito de Minério
	Principais jazidas em território nacional
	Questões ambientais
	Caracterização tecnológica de minérios
	Análise química elementar (AQE)
	Métodos químicos clássicos
	MEV/EDS
	Análise mineralógica - definição
	Análise mineralógica – o método
	Beneficiamento mineral
	Minério de ferro de carajás
	Fragmentação e liberação mineral
	Liberação e granulometria
	Resistência mecânica mineral
	Análise granulométrica clássica
	Análise graulométrica via microscopia
	Grau de liberação – via % de MI
	Grau de liberação – método de Gaudin