Quase todos os metais e outros materiais inorgânicos que foram explorados ocorrem como compostos que constituem os minerais que compõem a crosta terrestre. As forças e processos que moldaram a superfície da Terra concentraram esses minerais em quantidades muito diferentes. Quando essa concentração é suficientemente grande para que o mineral possa ser explorado e recuperado economicamente, o depósito é denominado minério ou jazida. No entanto, mesmo assim, os minerais geralmente não estão disponíveis em uma forma com a pureza necessária para o processamento imediato no produto final desejado. Em seu trabalho do século XVI sobre processamento mineral Agricola (1950) escreveu: “A natureza geralmente cria metais em estado impuro, misturados com terra, pedras e sucos solidificados, é necessário separar a maior parte dessas impurezas dos minérios tanto quanto possível. antes de serem fundidos.”

Minerais valiosos devem primeiro ser separados daqueles sem valor comercial, que são chamados ganga. O processamento de minério refere-se a este tratamento inicial do material extraído para produzir um concentrado mineral de grau suficientemente alto para ser processado satisfatoriamente até o metal puro ou outro produto final. As diferentes características dos minerais que compõem o minério são exploradas para separá-los uns dos outros por uma variedade de métodos físicos que geralmente deixam a composição química do mineral inalterada. (O processamento do carvão é discutido especificamente no artigo “Preparação do carvão”)

Trituração e moagem

A granulometria do material que chega à usina de beneficiamento dependerá da operação de lavra empregada e do tipo de minério, mas será relativamente grande. Cominuição, a redução progressiva do tamanho das partículas do minério granulado, é realizada por dois motivos: reduzir o material a um tamanho mais conveniente e liberar o componente valioso do material residual como um primeiro passo para sua separação e recuperação efetivas. Na prática, a cominuição geralmente consiste na trituração de material de tamanho maior, seguida pela quebra do material em tamanhos mais finos por meio de tambores em usinas siderúrgicas rotativas.

Britagem

Não é possível progredir de pedaços muito grandes para material fino em uma única operação ou usando uma máquina. A trituração, portanto, é geralmente uma operação a seco que normalmente ocorre em estágios designados como primário, secundário e terciário.

Os britadores primários reduzem o minério de algo tão grande quanto 1.5 m para 100 a 200 mm. Máquinas como britadores de mandíbula e giratórios aplicam uma força de fratura às partículas grandes, quebrando o minério por compressão.

Em um britador de mandíbula, o minério cai em um espaço em forma de cunha entre uma placa de britagem fixa e uma móvel. O material é beliscado e espremido até quebrar e solto e beliscado novamente mais para baixo conforme as mandíbulas abrem e fecham, até que finalmente escapa pela abertura definida na parte inferior.

No britador giratório, um fuso longo carrega um pesado elemento cônico de moagem de aço duro que é movido excentricamente por uma luva de rolamento inferior dentro da câmara de britagem ou carcaça. O movimento relativo das faces de esmagamento é produzido pela rotação do cone montado excentricamente contra a câmara externa. Normalmente, esta máquina é usada onde é necessária uma alta capacidade de produção.

A britagem secundária reduz o tamanho das partículas para 5 a 20 mm. Britadores cônicos, rolos e moinhos de martelos são exemplos de equipamentos utilizados. O britador cônico é um britador giratório modificado com um eixo mais curto que não é suspenso, mas apoiado em um rolamento abaixo da cabeça. Um triturador de rolos consiste em dois cilindros horizontais girando um em direção ao outro, os rolos puxando o minério para o espaço entre eles e após um único nip descarregando o produto. O moinho de martelos é um moinho triturador de impacto típico. A cominuição ocorre pelo impacto de golpes bruscos aplicados em alta velocidade por martelos presos a um rotor dentro do espaço de trabalho.

Esmerilhamento

A moagem, o último estágio da cominuição, é realizada em recipientes de aço cilíndricos rotativos conhecidos como moinhos rotativos. Aqui as partículas minerais são reduzidas entre 10 e 300 μm. Um meio de moagem, como esferas de aço, hastes ou seixos (pedaços de minério pré-dimensionados muito maiores do que a alimentação de material a granel), é adicionado ao moinho para que o minério seja quebrado no tamanho desejado. O uso de seixos é denominado moagem autógena. Quando o tipo de minério for adequado, pode ser usada a moagem ROM (run-of-mine). Nesta forma de moagem autógena, todo o fluxo de minério da mina é alimentado diretamente para o moinho sem pré-trituração, os grandes torrões de minério atuando como o meio de moagem.

O moinho é geralmente carregado com minério triturado e meio de moagem até pouco menos da metade. Estudos demonstraram que a quebra produzida pelo fresamento é uma combinação de impacto e abrasão. Os revestimentos do moinho são usados ​​para proteger o casco do moinho contra desgaste e, por seu design, para reduzir o deslizamento do meio de moagem e melhorar a parte de elevação e impacto da moagem.

Existe um tamanho ideal para o qual o minério deve ser moído para separação e recuperação efetivas do componente valioso. O undergrind resulta em liberação incompleta e recuperação ruim. A supermoagem aumenta a dificuldade de separação, além de utilizar um excesso de energia cara.

Separação de tamanho

Após a trituração e moagem, os produtos geralmente são separados simplesmente de acordo com seu tamanho. O objetivo principal é produzir material de alimentação de tamanho adequado para tratamento posterior. O material de tamanho grande é reciclado para maior redução.

Peneiras

A peneiração é geralmente aplicada a materiais razoavelmente grossos. Também pode ser usado para produzir um tamanho de alimentação razoavelmente uniforme para uma operação subseqüente, quando necessário. O grizzly é uma série de pesadas barras paralelas colocadas em uma moldura que filtra o material muito grosseiro. O trommel é uma tela cilíndrica giratória inclinada. Usando várias seções de telas de tamanhos diferentes, produtos de vários tamanhos podem ser produzidos simultaneamente. Uma variedade de outras telas e combinações de telas podem ser empregadas.

Classificadores

Classificação é a separação de partículas de acordo com sua taxa de sedimentação em um fluido. As diferenças de densidade, tamanho e forma são efetivamente utilizadas. Os classificadores são usados ​​para separar materiais grossos e finos, fracionando assim uma grande distribuição de tamanho. Uma aplicação típica é controlar uma operação de retificação em circuito fechado. Embora a separação por tamanho seja o objetivo principal, alguma separação por tipo de mineral geralmente ocorre devido a diferenças de densidade.

Em um classificador espiral, um mecanismo de ancinho levanta as areias mais grossas de uma poça de lama para produzir um produto limpo e sem lama.

O hidrociclone usa força centrífuga para acelerar as taxas de sedimentação e produzir separações eficientes de partículas de tamanho fino. Uma suspensão de lama é introduzida em alta velocidade tangencialmente em um vaso de formato cônico. Devido ao movimento turbilhão, quanto mais rápida a sedimentação, as partículas maiores e mais pesadas se movem em direção à parede externa, onde a velocidade é menor, e se depositam para baixo, enquanto as partículas mais leves e menores se movem em direção à zona de baixa pressão ao longo do eixo, onde são levado para cima.

Separação de Concentração

A separação por concentração requer que as partículas sejam distinguidas como sendo aquelas do mineral valioso ou como partículas de ganga e sua separação efetiva em um concentrado e um produto residual. O objetivo é obter a máxima recuperação do mineral valioso em um grau aceitável para processamento ou venda posterior.

classificação de minério

O método mais antigo e simples de concentração é a seleção visual de partículas e sua remoção manual. A classificação manual tem seus equivalentes modernos em vários métodos eletrônicos. Nos métodos fotométricos, o reconhecimento de partículas é baseado na diferença de refletividade de diferentes minerais. Uma rajada de ar comprimido é então ativada para removê-los de uma correia móvel de material. A condutividade diferente de diferentes minerais pode ser utilizada de maneira semelhante.

Separação meio pesado

A separação de meio pesado ou meio denso é um processo que depende apenas da diferença de densidade entre os minerais. Trata-se de introduzir a mistura em um líquido com uma densidade situada entre a dos dois minerais a serem separados, o mineral mais leve então flutua e o mais pesado afunda. Em alguns processos é usado para a pré-concentração de minerais antes de uma moagem final e é frequentemente empregado como uma etapa de limpeza na preparação do carvão.

Fluidos orgânicos pesados, como o tetrabromoetano, que tem uma densidade relativa de 2.96, são usados ​​em certas aplicações, mas em escala comercial suspensões de sólidos finamente moídos que se comportam como fluidos newtonianos simples são geralmente empregadas. Exemplos do material usado são magnetita e ferrosilício. Estes formam “fluidos” de baixa viscosidade, inertes e estáveis ​​e são facilmente removidos da suspensão magneticamente.

Gravidade

Processos naturais de separação, como sistemas fluviais, produziram depósitos de placer, onde partículas maiores e mais pesadas foram separadas das menores e mais leves. As técnicas de gravidade imitam esses processos naturais. A separação é provocada pelo movimento da partícula em resposta à força da gravidade e à resistência exercida pelo fluido no qual ocorre a separação.

Ao longo dos anos, muitos tipos de separadores por gravidade foram desenvolvidos e seu uso contínuo atesta a relação custo-benefício desse tipo de separação.

Em um artigo do gabarito um leito de partículas minerais é colocado em suspensão (“fluidizado”) por uma corrente pulsante de água. À medida que a água escoa de volta entre cada ciclo, as partículas mais densas caem abaixo das menos densas e durante um período de drenagem de partículas pequenas, e particularmente partículas mais densas menores, penetram entre os espaços entre as partículas maiores e se acomodam mais abaixo no leito. À medida que o ciclo se repete, o grau de separação aumenta.

Agitando mesas tratar materiais mais finos do que gabaritos. A mesa consiste em uma superfície plana ligeiramente inclinada da frente para trás e de uma extremidade à outra. Rifles de madeira dividem a mesa longitudinalmente em ângulos retos. A alimentação entra pela borda superior e as partículas são carregadas para baixo pelo fluxo de água. Ao mesmo tempo, eles estão sujeitos a vibrações assimétricas ao longo do eixo longitudinal ou horizontal. Partículas mais densas que tendem a ficar presas atrás da espingarda são arrastadas pela mesa pelas vibrações.

Separação magnética

Todos os materiais são influenciados por campos magnéticos, embora para a maioria o efeito seja muito leve para ser detectado. No entanto, se um dos componentes minerais de uma mistura tiver uma suscetibilidade magnética razoavelmente forte, isso pode ser usado para separá-lo dos demais. Os separadores magnéticos são classificados em máquinas de baixa e alta intensidade, e ainda em separadores de alimentação seca e úmida.

Um separador tipo tambor consiste em um tambor rotativo não magnético contendo dentro de seu invólucro ímãs estacionários de polaridade alternada. As partículas magnéticas são atraídas pelos ímãs, presas ao tambor e transportadas para fora do campo magnético. Um separador úmido de alta intensidade (WHIMS) do tipo carrossel consiste em uma matriz giratória concêntrica de bolas de ferro que passa por um eletroímã forte. Os resíduos da pasta são despejados na matriz onde o eletroímã opera, e as partículas magnéticas são atraídas para a matriz magnetizada enquanto a maior parte da pasta passa e sai por uma grade de base. Logo após o eletroímã, o campo é invertido e um jato de água é usado para remover a fração magnética.

Separação eletrostática

A separação eletrostática, uma vez comumente usada, foi consideravelmente deslocada pelo advento da flotação. No entanto, é aplicado com sucesso a um pequeno número de minerais, como rutilo, para os quais outros métodos são difíceis e onde a condutividade do mineral torna possível a separação eletrostática.

O método explora as diferenças na condutividade elétrica dos diferentes minerais. A alimentação seca é transportada para o campo de um eletrodo ionizante onde as partículas são carregadas por bombardeio de íons. As partículas condutoras perdem rapidamente essa carga para um rotor aterrado e são lançadas do rotor pela força centrífuga. Os não condutores perdem sua carga mais lentamente, permanecem agarrados ao condutor de terra por forças eletrostáticas e são carregados até um ponto de coleta.

Flutuação

A flotação é um processo de separação que explora diferenças nas propriedades físico-químicas da superfície de diferentes minerais.

Reagentes químicos chamados coletores são adicionados à polpa e reagem seletivamente com a superfície das valiosas partículas minerais. Os produtos de reação formados tornam a superfície do mineral hidrofóbica ou não molhável, de modo que se liga facilmente a uma bolha de ar.

Em cada célula de um circuito de flotação a polpa é agitada e o ar introduzido é disperso no sistema. As partículas minerais hidrofóbicas aderem às bolhas de ar e, com a presença de um agente espumante adequado, formam uma espuma estável à superfície. Este transborda continuamente pelas laterais da célula de flotação, carregando consigo sua carga mineral.

Uma planta de flotação consiste em bancos de células interconectadas. Um primeiro concentrado produzido em um banco mais grosseiro é limpo de componentes de ganga indesejados em um banco mais limpo e, se necessário, limpo novamente em um terceiro banco de células. Minerais valiosos adicionais podem ser eliminados em um quarto banco e reciclados para os bancos de limpeza antes que os restos sejam finalmente descartados.

Desaguadora

Após a maioria das operações, é necessário separar a água utilizada nos processos de separação do concentrado produzido ou do material residual da ganga. Em ambientes secos isto é particularmente importante para que a água possa ser reciclada para reutilização.

Um tanque de decantação consiste em um vaso cilíndrico no qual a polpa é alimentada no centro por meio de um poço de alimentação. Este é colocado abaixo da superfície para minimizar a perturbação dos sólidos sedimentados. O líquido clarificado transborda pelas laterais do tanque para uma lavanderia. Braços radiais com lâminas arrastam os sólidos assentados em direção ao centro, onde são retirados. Floculantes podem ser adicionados à suspensão para acelerar a taxa de sedimentação dos sólidos.

Filtração é a remoção de partículas sólidas do fluido para produzir um bolo de concentrado que pode então ser seco e transportado. Uma forma comum é o filtro de vácuo contínuo, típico do qual é o filtro de tambor. Um tambor cilíndrico horizontal gira em um tanque aberto com a parte inferior imersa em polpa. A casca do tambor consiste em uma série de compartimentos cobertos por um meio filtrante. O invólucro interno de parede dupla é conectado a um mecanismo de válvula no eixo central que permite a aplicação de vácuo ou pressão. O vácuo é aplicado na seção imersa na polpa, puxando a água através do filtro e formando uma torta de concentrado no pano. O vácuo desidrata o bolo uma vez fora da pasta. Pouco antes de a seção entrar novamente na pasta, a pressão é aplicada para remover o bolo. Os filtros de disco operam com o mesmo princípio, mas consistem em uma série de discos presos ao eixo central.

Eliminação de rejeitos

Apenas uma pequena fração do minério extraído consiste em mineral valioso. O restante é a ganga que após o processamento forma os rejeitos que devem ser descartados.

As duas principais considerações na disposição de rejeitos são segurança e economia. A segurança tem dois aspectos: as considerações físicas que cercam o depósito ou barragem em que os rejeitos são depositados; e poluição por resíduos que podem afetar a saúde humana e causar danos ao meio ambiente. Os rejeitos devem ser descartados da maneira mais econômica possível, compatível com a segurança.

Mais comumente, os rejeitos são dimensionados e a fração de areia grossa é usada para construir uma barragem em um local selecionado. A fração fina ou lodo é então bombeada para um lago atrás da parede da barragem.

Onde produtos químicos tóxicos, como cianeto, estiverem presentes nas águas residuais, pode ser necessária uma preparação especial da base da barragem (por exemplo, pelo uso de lona plástica) para evitar a possível contaminação das águas subterrâneas.

Na medida do possível, a água recuperada da barragem é reciclada para uso posterior. Isso pode ser de grande importância em regiões secas e é cada vez mais exigido pela legislação que visa prevenir a poluição das águas subterrâneas e superficiais por poluentes químicos.

pilha e no local Lixiviação

Grande parte do concentrado produzido pelo processamento do minério é processado posteriormente por métodos hidrometalúricos. Os valores de metal são lixiviados ou dissolvidos do minério, e diferentes metais são separados uns dos outros. As soluções obtidas são concentradas e o metal recuperado por etapas como precipitação e deposição eletrolítica ou química.

Muitos minérios são de teor muito baixo para justificar o custo da pré-concentração. O material residual também pode conter uma certa quantidade de valor de metal. Em alguns casos, tal material pode ser economicamente processado por uma versão de um processo hidrometalúrgico conhecido como pilha ou lixiviação de despejo.

A lixiviação em pilha foi estabelecida em Rio Tinto, na Espanha, há mais de 300 anos. A água que percolava lentamente através de montes de minério de baixo teor era colorida de azul por sais de cobre dissolvidos decorrentes da oxidação do minério. O cobre foi recuperado da solução por precipitação em sucata de ferro.

Este processo básico é utilizado para lixiviação de pilhas de óxidos e sulfetos de materiais de baixo teor e resíduos em todo o mundo. Uma vez criada uma pilha ou depósito do material, um agente solubilizante adequado (por exemplo, uma solução ácida) é aplicado por aspersão ou inundação do topo da pilha e a solução que se infiltra no fundo é recuperada.

Embora a lixiviação em pilha tenha sido praticada com sucesso há muito tempo, foi apenas relativamente recentemente que o importante papel de certas bactérias no processo foi reconhecido. Essas bactérias foram identificadas como as espécies oxidantes de ferro Thiobacillus ferrooxidans e as espécies oxidantes de enxofre Thiobacillus thiooxidans. As bactérias oxidantes de ferro obtêm energia da oxidação de íons ferrosos a íons férricos e as espécies oxidantes de enxofre pela oxidação de sulfeto a sulfato. Estas reacções catalisam eficazmente a oxidação acelerada dos sulfuretos metálicos em sulfatos metálicos solúveis.

No local a lixiviação, às vezes chamada de mineração de solução, é efetivamente uma variação da lixiviação de heap. Consiste no bombeamento de solução para minas abandonadas, escavadas em minas, áreas remotas trabalhadas ou mesmo jazidas inteiras onde estas se mostrem permeáveis ​​à solução. As formações rochosas devem se prestar ao contato com a solução lixiviante e à necessária disponibilidade de oxigênio.

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