XXIII Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa
ESTADO DE DISPERSÃO DAS PARTÍCULAS
EM POLPA DE MINÉRIO SULFETADO
DE CHUMBO-ZINCO
Marcelo O. Silvestre, Francisco A . Pereira, Carlos A . Pereira,
Roberto Galéry & Antônio E. C. Peres
Votorantim Metais, Morro Agudo, CP 55, 38600·00 Paracatu, MG; Votorantim Metais, Morro Agudo, CP 55, 38600-00
Paracatu, MG; EMUFOP. Campus Morro do Cruzeiro, 35400-00 Ouro Preto, MG; EEUFMG, Rua Espfrito Santo, 35/702
30160-030 Belo Horizonte, MG; EEUFMG, Rua Espirito Santo, 35/206 30160-030 Belo Horizonte, MG
E-mail: [email protected]; [email protected]; [email protected];
[email protected]; [email protected]
RESUMO
Esta investigação foi realizada com amostras provenientes de um depósito de chumbo e zinco visando estudar a influência do
estado de dispersão das partículas na polpa na ftotação de chumbo e de zinco. Amostras do minério e também dos minerais esfalerita, galcna, pirita e dolomita foram selecionadas para os experimentos. Nove lipos de dispersantes e seis combinações entre eles foram empregados. Um conjunto de três dispersantes foi sclecionado para a flotação de chumbo e outro conjunto de
três foi escolhido para a flotaçiio de zinco. Os critérios para a seleção de reagentes foram: alto grau de dispersão para galena e
baixo para outras espécies. alto grau de dispersão para esfalerita e baixo para outras espécies, baixo grau de dispersão para pirita e alto para outras espécies e alto grau de dispersão para todas as espécies. Os experimentos de ftotação de chumbo foram
realizados sob três condições visando verificar a influência do dispcrsante, do pH e do carbonato de sódio. Os testes de ftotação de zinco foram executados em pH I 0,5. modulado com cal. O uso de dispersantcs na floração de chumbo não melhorou a
eficiência global do circu.ito pois, apesar de aumentar a recuperação metalúrgica de chumbo, acarretaram significativo aumento das perdas de zinco no concentrado de chumbo. O carbonato de sódio produziu baixo grau de dispersão e não afetou os resultados de flotação de chumbo quando comparados com aqueles obtidos em pH natural c em pH = 9,8 modulado com cal.
Dois agentes dispersames foram particularmente efetivos na Rotação de .tinco: dispersante 3223, um poliacrilato de sódio, bexametafosfato de sódio. Ambos os reagentes aumentaram significativamente a recuperação de zinco sem prejudicar a
qualidade do concentrddo.
PALAVRAS-CHAVE: dispcrsantes; !lotação galena; !lotação esfalcrita.
ABSTRACT
This investigation was performcd with samples from a lead-1inc sulfide deposit aiming at stud ying the influence of the
dispersion dcgree of lhe particles in the pulp on lead and zinc flotation. Samples of ore and also of the minerais sphalcrite,
galena, p yrite, and dolomite werc selected for lhe experiments. Nine rypes of dispersing agents and six blends among thcm
were employcd. A set of threc dispersing agcnts was selected for tbe lead flotatioo and anolher set of lhree was ehosen for
zinc flotation. The criteria for the reagents sclcction were: high dispersion dcgrcc for galena and low for lhe othcr species,
high dispersion dcgree for sphalerite and low for the other species, low dispersion dcgree (or p yritc and high for lhe other
specics. and high dispersion degree for ali spccies. Lead flotation experiments were performed under three conditions aimiog
at verifying the intlucnce of lhe dispcrsing agent, of the pH, and of sodium carbonate. The zinc ftotation tests were carried out
at pH = 10.5, modulated with lime. The use of dispcrsing agcnts in lead 6otation did not improve tbe overall efficiency of lhe
circuit for, despi te improving the lead metallurgical recovery, they increase significantly the zinc tosses in the lead concentrate.
Sodium carbonato presented a low dispersion degree and did not aiJect the lead flotation rcsults when comparcd with U1ose
achicved at natural pli and at pH = 9.8 modulated wilh lime. Two dispersing agents werc particularly effective in zinc
flotation: dispersant 3223, a sodium polyacrylate, and sodium hexametaphospbate. Botb rcagcnts significantly enhanced
z:inc recovery wilhout impairing the concentra te quality.
KEY WORDS: dispersants; galena flotation; sphaleritc ftotation.
405
Silvestre, Pereira, Pereira, Galéry & Peres
1. INTRODUÇÃO
A Votorantim Metais opera um mina subterrânea em Paracatu, MO, produzindo I x I06 t de ROM com teores
de 4,3% em zinco e 2,0% cm chumbo. A flotação de chumbo consiste de estágios rougher e clcaner em colunas e
scavcnger em células mecânicas. O rejeito do circuito de chumbo alimenta o circuito de zinco, que consiste de estágios rougher e cleaner em colunas e scavcnger e recleaner em células mecânicas. Os mistos do circuito de flotação (rejeito cleaner c concentrado scavenger) são remoídos para aumentar o grau de liberação da esfalcrita.
A correlação entre o grau de dispersão das particulas na polpa e o desempenho na flotação é bem conhecida na ftotação catiônica reversa de minérios de ferro, em que as partículas de quartzo devem estar dispersas e
a ftoculação seletiva de óxidos de ferro é desejável c efetivamente ocorre. O sistema sob investigação é mais
complexo no que tange tanto à mineralogia quanto ao número de estágios de flotação requeridos. No circuito
de chumbo a dispersão de partículas de galena é essencial. A agregação dos outros minerais (esfalerita, pírita e dolomita), que devem se dirigir ao rejeito, pode até aumentar a selctividade no estágio. O mesmo raciocínio se aplica ao circuito de zinco: part!culas de csfalerita devem estar dispersas e a agregação de pirita e dolomita pode favorecer sua rejeição.
Muitas décadas de investigação foram necessárias para o estabelecimento de correlações entre dispersão e desempenho na flotação de minérios de ferro (Peres e Silva. 1994; Peres et ai., 2003; Queiroz et ai. 2005).
A flotação de silicatos de zinco, willernita and hcmimorfita, depende da dispersão adequada das particulas na
polpa. Polpas altamente dispersas eliminam a necessidade de deslamagem, mas nenhuma correlação direta entre
dispersão e flotação tem sido observada. Os dispersantes mais efetivos nem sempre levam a melhores desempenhos na flotação (Peres et ai., 1994; Pereira e Peres, 2005).
Este estudo aborda o grau de dispersão das partículas na polpa de um sul feto de chumbo-zinco como ferramenta para o entendimento do desempenho na Rotação.
2. REVISÃO DA LITERATURA
Dcslamagem precedendo a flotação é prática industrial estabelecida há mais 60 anos, introduzida no processo USBM de flotação catiônica reversa de minérios de ferro (Ciemmer, 1947). Alto grau de dispersão das partículas na polpa é essencial para deslamagem efetiva, um requisito para a seletividade na maioria dos sistemas de flotação de não sulfetos. Uma exceção é o concentrador de Mt. Keith (Westem Austral ia), onde é feita a deslarnagem
de um sulfeto de níquel.
Há uma correlação entre as ações de dispersão e depressão em sistemas envolvendo polpas minerais.
Entre os dispersantes/dcpressores inorgânicos, poli fosfatos exercem papel especial, e entre as espécies orgânicas os polímeros acrilato de baixo peso molecular merecem particular atenção.
Rasbchi e Finch (2000) investigaram a química e as aplicações.de poli fosfatos, enfatizando que a formação de
complexos íons metálicos polifosfatos pode controlar a ação de íons interferentes no processo de flotação, prevenindo efeitos de ativação inadvertida ou de depressão.
Pereira c Peres ( 1988) estudaram a seletividade na flotação de um minério de sulfetos de cobre. O concentrado (calcopirita e bornita) estava contaminado por magnésio presente no hipcrstênio (um silicato de magnésio e ferro). Estudos de liberação, determinações de potencial zeta e experimentos de microflotação sugeriram que a flotação de hiperstênio com tiocoletores era ativada pela presença de ions ferrosos tanto no retículo cristalino do mineral quanto liberados pelos corpos moedores c revestimentos dos moinhos. Após o fracasso com o uso de
amidos de alto peso molecular como depressores, a dispersão/depressão foi bem sucedida com o uso de uma
dextrina de baixo peso molecular. O teor de MgO no concentrado industrial foi reduzido de 7,5% para 3,3%, muito abaixo da especificação metalúrgica de 4,5%.
Boulton et ai. (200Ja, 200Lb) investigaram a depressão de sulfctos de ferro na A.otação de esfalerita. Poliacrilamidas de baixo peso molecular, modificadas pela presença de carboxila, sulfonato, hidroxila e tioureia foram
depressores de pirita eficientes. A ação foi mais enérgica em relação a partículas grossas e as poliacrilamidas devem ser dosadas antes do coletor.
Bandini et ai. (200 1) estudaram a ação deletéria de recobrimento por lamas de óxidos de ferro na flotação de
galena. Lamas podem ser removidas por uma combinação de condicionamento cisalhante e controle de pH, bem
como com o uso de reagentes aniônicos (carboximetilcelulose e polifosfatos).
3. METODOLOGIA
Os reagentes usados como dispersantes foram: hexamctafosfato de sódio, designado como HMP, silicato de sódio comercial (SiOjNa.p = 3,27), designado como Na 2Si03 , silicato de sódio de grau químico,
designado como Na2Si03 PA, metassilicato de sódio, designado como meta, Disperso! (poliacrilato de só-
406
XXIII Encontro Nacional de Tratamento de Minérios e Metalurgia Extrativa
dio comercial. manufaturado pela Nalco), Nalco 7220 (poliacrilato de sódio comercial, manufaturado pela NaJco), NaOH, Cytec 3223 (poüacrilato de sódio comercial, manufaturado pela Cytec), carbonato de sódio Na2C03 e cal hidratada.
Misturas de dispcrsantes foram também testadas: 50% N~S i 0 1 PA + 50% Disperso!; 50% Disperso! +
50% 3223; 50% Disperso!+ 50% HMP; 50% Disperso! + 50% meta; 50% Na~Si0 3 + 50% HMP; 50% Na 2Si03
+ 50% meta.
Amostras minerais tão puras quanto possível foram coletadas na mina pela equipe de geologia: galena (Zn
0,75%, Pb 8 1,98%, Fc 0,33%), csfalerita (Zn 59,99%, Pb I,70%, Fc 2,04%), pirita (Zn O, 15%, Pb 0,2 1%, Fe
26,49%) c dolomita, o principal mineral de ganga (Zn 0.34%. Pb 0,13%. Fc 2,80%).
Uma amostra de minério foi colctada no concentrador, no ponto de alimentação do circuito de flotação de
chumbo, para uso nos experimentos de dispersão. O teor cm elementos metáücos dessa amostra foi Zn 4,36%,
Pb 1,82%, Fc4,10%.
As determinações do grau de dispersão seguiram o procedimento descrito por Silvestre (2007).
Uma máquina de laboratório dotada de sistema automático de remoção de espuma foi usada nos testes de laboratório, executados segundo procedimento descrito por Silvestre (2007).
Nos experimentos de flo tação, dosagem de dispersa nte zero g/t refere-se ao teste padrão na ausência de
dispersantc.
A tabela I mostra o planejamcnto dos experimentos de flotação de chumbo. Um dos alvos foi verificar o papel do carbonato de sódio no sistema. A tabela 2 ilustra o planejamcnto dos experimentos de flotação de zinco.
O pH foi modificado com cal.
Tabela 1. Planejamcnto dos eKpcrimentos de flotação de chumbo
estágio
Pb
dispersante
dosagem (g!t)
pH
carbonato Na
silicato Na (Na1Si0 1)
I000; 1250; 1500; 1750; 2000
9,8
sim
silicato Na (N~SiOl)
1000;1250;1500; 1750; 2000
9,8
não; controle pH cal
silicato Na (Na2Si0,)
I000; 1250; 1500; 1750; 2000
natural
não
3223
100;200;300;400;500
9,8
sim
3223
100;200;300;400;500
9.8
não: controle pH cal
3223
100;200;300; 400;500
natural
não
bexamctafosfato Na
250; 500; 750; 1000; 1500
9.8
sim
hcllamctafosfato Na
250;500;750: 1000; 1500
9,8
não; controle pi I cal
hexamctafosfato Na
250; 500;750; 1000; 1500
natural
não
Pb
Pb
Tabela 2. Planejamcnto dos experimentos de flotação de zinco
estágio
Dispersantc
dosagem (g!t)
pi I
Zn
s•licato !';a+ mctassilicato Na
500;150; 1000: 1250; 1500
10,5
Zn
3223
100;200;300;400;500
10,5
Zn
Hexrunctafosfato Na
100;200;300;400;500
10,5
4. RESULTADOS
Graus de dispersão (GD) abaixo de 15% foram considerados baixos, entre 15% c 30% médios c acima de 30%
altos. Para cada fração mineral quatro conjuntos de agentes dispersantes (individua l ou combinação) foram sclecionados como representativos de reagentes produzindo aJto c baiX'ô grau de dispersão, respectivamente. Considerando a dosagem de 1.500 g/l os reagentes são listados na sequência de alta para baixa efetividade dispersante:
minério alto GD: 3223 > HMP = Disperso! > Disperso! + HMP
minério baixo GD: Na 2CO, > Na 2Si0 3 + meta > Na 2Si03 > NaOH
407
Silvestre, Pereira, Pereira, Galéry & Peres
esfalerita alto GD: Disperso!= 3223 = HMP > Na 2Si0, +meta
cstàlcrita baixo GD: Na 2C0 3 > NaOH > Na 2Si0 , PA > Na,SiO,
galena alto GD: 3223 = HMP = Disperso!+ HMP > Na,SiO,
galena baixo GD: Na 2 Si0 3 +meta > Na,CO, > Na 2Si0, PA = NaOH
pi ri ta alto GD: Disperso I+ HMP = HMP > Disperso! > Na 2Si0, PA +Disperso!
pirita baixo GD: 3223 > Na 2Si0, PA > NaOH = 7220
dolomita alto GD: Disperso!= 3223 = HMP = 7220
dolomita baixo GD: Na,SiO, PA =meta= NaOH = Na,CO,
Graus de dispersão na presença dos reagentes sclccionados para os experimentos de flotação, na dosagem de
1.500 g/t são apresentados na tabela 3.
Tabela 3. Gmus de dispersão na presença dos dispersantes selccionados para testes de flotaçào
dispcrsantc
espécie I (grau de dispersão)
3223
minério (41.00): gale na (41, 72 ): csfalcrita (45.33 ): ri ri ta (X.2J ): dolomita (40.12)
HMP
minério (36. 10): gakna ( 41.64): cslollcrita ( 45.0 I): ri ri ta(~ 1.6 7): dolomita (3R ,76)
Na,SiO ,
minério (4,36): galcna (?.1.51 l: csfalcrita (3.4X): pi ri ta (6.40): dolomita (21.29)
Na,Si0 1 + meta
minério (4 J<O): galcna (4.35): csl;!lcrita 40.41 ): pirita (6.29): dolnmita ( 12.00)
Com base no desempenho na dispersão, quatro critérios foram estabelecidos para sclcção de reagentes para os
testes de flotação cm escala de bancada:
1.
flotação de chumbo: alto grau de dispersão para galcna c baixo para os demais (silicato de sódio, mesmo sendo apenas médio para pirita);
11.
flotação de zinco: alto grau de dispersão para csfàlcrita c baixo para os demais (mistura silicato c metassilicato de sódio atende):
111. flotação de chumbo e zinco: baixo grau de dispersão para pirita c alto para os demais (3223 atende muito bem):
tv. flotação de chumbo c zinco: alto grau de dispersão para todos (hcxamctafostàto de sódio atende muito
bem).
Resultados dos testes de flotação de galena na presença dos dispcrsantcs poliacrilato de sódio (3223 ), hexametafosfato de sódio c silicato de sódio são apresentados nas figuras I, 2 c 3, respectivamente. Nenhum dos dispersantes melhorou o desempenho da flotaçào de chumbo. Todos causaram aumento inaceitável na perda de zinco no
concentrado de chumbo. A ativação da csfalerita pelos dispcrsantes pode ser explicada pela oxidação superficial
das partículas finas de galena dispersas liberar íons Pb'' em solução. Cátions chumbo são reconhecidos como ativadores da flotação da esfalerita (Basilio ct ai. , 1996).
Os estudos de flotaçào de galcna trouxeram uma informação tecnológica relevante. O carbonato de sódio não
tem ação dispcrsante nem sobre os minerais nem sobre o minério, tendo sido substituído pela cal como modulador
de pH. A mudança foi implementada no circuito industrial com grande ganho cconômico. Em escala de laboratório, foi demonstrada a possibilidade de se flotar galcna cm pH natural.
Resultados dos testes de flotação de esfalerita na presença dos dispersantes poliacrilato de sódio (3223), hexamctafosfato de sódio e metassilicato de sódio são apresentados nas figuras 4 , 5 e 6, respectivamente. O
poliacrilato aumenta significativamente a recuperação de zinco, sem afctar seu teor no concentrado. O hexametafosfato aumenta a recuperação de zinco, às custas de impacto negativo no teor. O mctassilieato não tem efeito significativo sobre nenhum dos dois parâmetros.
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XXI II Encontro Nac io n al de Tratam ento de Minérios e Metalurgia Extrativa
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Figura I. Flotaçào de ga lenJ na presença do dispersante poliaerilato de sódio 3223.
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Dosagem de hexametafosfato Na (g/t)
Figura 2. Flotaçào de ga lena na presença do dispersante hexametafoslàto de sódio.
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Silvestre, Pereira, Pereira, Galéry & Peres
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Figura 3. Flolaçào de galena na presença do dispersante si licato de sódio.
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Figura 6. Flotac,:ào de cs f~tlcr i ta na prcscnc,:a do dispersantc silicato + mctassil icato de sódio.
411
Silvestre, Pereira, Pereira, Galéry & Peres
5. CONCLUSÕES
Os dispersantes usados no estágio de ftotação de chumbo não melhoraram a eficiência global do circuito. Apesar de aumentarem a recuperação de chumbo, os reagentes causaram perdas inaceitáveis de zinco no concentrado de chumbo.
A ftotação de chumbo, tanto em pH natural quanto pH = 9.8 modificado com carbonato de sódio ou cal, apresentou resultados similares.
Uma consequência tecnológica da baixa habilidade dispersante do carbonato de sódio foi sua substituição por
cal, reagente mais barato, como modificador de pH no circuito industrial.
O uso, tanto do poliacrilato de sódio 3223 quanto do dispersante inorgânico hexametafosfato de sódio, aumentou significativamente a recuperação de zinco, mantendo baixo o teor de chumbo no concentrado de
zinco e não interferindo no teor de ferro no produto.
7. REFERÊNCIAS
Bandini, P., Prestidge, C.A., Ralston, J. Colloidal iron oxide slime coatings and galena particle ftotation.
Minerais Engineering, V. 14, No. 5, p. 487-497,2001.
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AGRADECIMENTOS
Os autores agradecem à Fapemig c ao CNPq pelo apoio financeiro .
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