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Concentração de minerais pesados provenientes de depósitos aluvionares por métodos gravíticos e optimização dos parâmetros de concentração.
Tipologia: Notas de estudo
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Discentes: Supervisores: Bembele, João Prof. Dr. Engo. Antônio Cumbane Cossa, Nelson Simão, Mauro da Graça Maputo, Novembro de 2019
Discentes: Supervisores: Bembele, João Prof. Dr. Engo. Antônio Cumbane Cossa, Nelson Simão, Mauro da Graça Maputo, Novembro de 2019
Índice de Tabelas Tabela 1-Parâmetros de operação da mesa de concentração ................................. 16 Tabela 2-Planeamento Estatístico de Ensaios para determinação de parâmetros óptimo de funcionamento da mesa. ......................................................................... 16 Tabela 4- Densidades relativas dos concentrados ................................................... 24
1.1. Objectivos 1.2. 1. Objectivo geral Fazer o beneficiamento de areias pesadas. 1.2.2. Objectivos específicos Avaliar a influência de parâmetros físicos (distribuição de tamanho de partículas) que interferem nas características dos minerais pesados frente aos processos de concentração física. Identificar os parâmetros óptimos de operação da mesa de concentração gravítica. Caracterizar qualitativamente os concentrados de minerais pesados por microscopia óptica.
1.3. Justificativa Segundo (Peixoto, Anjo, & Bonito, 2015), Moçambique é um país que apresenta uma elevada geodiversidade e um grande potencial em termos de recursos geológicos, destacando-se dentre esse conjunto, as areias pesadas. Ainda referencia que Moçambique possui potencial para se tornar o principal produtor de titânio e zircônio a nível mundial, o que relacionado ao facto do país possuir o maior depósito mundial de areais pesadas ricas em ilmenite. Para estes autores, os minerais e as rochas desempenham um papel cada vez mais importante na indústria e no desenvolvimento dos moçambicanos. Apesar do país possuir o maior depósito de areias pesadas do mundo, em 2012, Moçambique conseguiu contribuir com apenas 6% de ilmenite e 1% de zircônio, em termos de produção à nível mundial, como se mostra abaixo. Figura 1 - Contribuição mundial de Moçambique na produção de ilmenite (A) e rútilo (B), em
2012. Fonte: Critical Mineral Resources of the United States—Economic and Environmental Geology and Prospects for Future Supply-Titanium, by Laurel G. Woodruff, George M. Bedinger, and Nadine M. Piatak. Para (Peixoto, Anjo, & Bonito, 2015), esta baixa utilização dos recursos geológicos do país, está relacionada ao conhecimento incompleto destes, mas, também, com a falta de infraestruturas que possibilitem a sua exploração e distribuição.
2. Revisão Bibliográfica 2.1. Areias Pesadas Consideram-se minerais pesados, a todos os minerais que tenham uma densidade maior que a do quartzo ( 2. 65 𝑔/𝑐𝑚^3 ), e para o caso contrário designam-se de minerais leves (Elsner, 2015). As areias pesadas contêm concentrações de minerais pesados que são úteis para uma variedade de fins industriais. Estes minerais são originalmente derivados de rochas ígneas ou metamórficas que foram decompostas por processos naturais de intemperismo, transportadas em sistemas fluviais e eventualmente depositadas em placers em lagos, rios ou praias (Hitchman, 2018). Os principais componentes de importância económica das areias pesadas são os minerais de rútilo (TiO2), a ilmenite (FeTiO3) e o zircão (ZrSiO4). A ilmenite é o mineral percursor de titânio mais comum na crosta da terra, ela faz dos 10 elementos mais abundante na superfície terrestre. Teoricamente a ilmenite é constituída por 52.66% ponderais de TiO 2 e 47.34% ponderais de Fe 2 O 3. O mineral possui uma densidade de 4.72 𝑔/𝑐𝑚^3 , coloração escura à castanho-escuro, intensamente paramagnético e condutor de corrente elétrica (Elsner, 2015). Importa referir que estas propriedades variam de acordo com a composição do mineral, e está por sua vez, depende da formação geológica a que este pertence, a fonte. O dióxido de titânio é uma substância que sofre transformações cristalinas se apresentado na forma do rutilo , anatase e a brookita. Desses, o rutilo é a forma com maior importância económica. Portanto, o rutilo é um mineral de dióxido de titânio puro, sendo assim o mais valorizado mineral percussor de titânio. Contudo, dependendo da fonte da fonte da matéria-prima o conteúdo de TiO 2 pode ser reduzido para 94 a 98% (Baltar, Sampaio, & de Andrade, 2008). O mineral possui uma densidade de 4.21 𝑔/𝑐𝑚^3 , coloração acastanhada ou violeta, é diamagnético e condutor de corrente elétrica (Elsner, 2015). O mineral Zircão é percussor do elemento químico Zircônio (Zr). Teoricamente é constituído por 67.22% ponderais de ZrO 2 e 32.88% de SiO 2. O mineral possui uma
densidade de 4.68 𝑔/𝑐𝑚^3 , coloração rosa, vermelha, acastanhada ou incolor, é diamagnético e não condutor de corrente elétrica (Elsner, 2015). Elsner (2015) referencia que o mineral de Zr possui certa afinidade com o elemento químico Háfnio (Hf) com composições que podem chegar até 4% ponderais. Além disso, o mineral de Zr pode conter grande quantidade de Urânio (U) e Tório (Th). Existindo quantidade U^238 , U^235 e Th^232 > 1%, a radioactividade pode causar destruição completa da estrutura cristalina do mineral, acompanhado de redução de densidade, dureza, índice de refração, acréscimo de opacidade e mudanças de cor. 2.2. Aplicação dos Minerais Pesados O dióxido de titânio consome mais de 90% dos concentrados de minérios de titânio produzidos no mundo todo. Este por sua vez é usado como pigmento para dar alvura, luminosidade e opacidade de uma variedade de produtos. Este pigmento encontro uso na indústria de tintas, plásticos, papel, borracha e indústria de aviação (Baltar, Sampaio, & de Andrade, 2008). Uma pequena parcela é usada para produção de titânio metálico. O metal possui uma excepcional relação resistência-peso, resistência a corrosão, baixa conductividade térmica, baixo coeficiente de expansão. Estas propriedades o tornam elegível como matéria para fabricação de motores a jato de misseis, veículos espaciais e estrutura de aviões. Abaixo apresenta-se um gráfico resumo das áreas de aplicação dos minerais de titânio. Figura 2 - Demanda de uso de titânio. Fonte: descrita na imagem.
2.4. Caracterização de Recursos Minerais 2.4.1. Caracterização Física Distribuição de tamanhos (classificação granulométrica) Esta técnica é considerada padrão e obrigatória, pois é através dela que os demais estágios serão possíveis. Neste passo da caraterização mineral ocorre a britagem e moagem da amostra para que fique de acordo com as medidas necessárias para a realização dos testes subsequentes. Para o sucesso desta técnica usa-se o peneiramento e a sedimentação para partículas muitos finas. A distribuição de tamanhos normalmente é representada através de uma curva de cumulativa de fracções passantes num peneiro em função do diâmetro do mesmo peneiro. Figura 3 - Curva de distribuição granulométrica: cumulativa e curva de frequências. Determinação da densidade A densidade é uma propriedade física intensiva, e portanto, intrínseca e característica de cada substância. Assim, a razão massa de uma substancia pelo volume por este ocupado, mantem-se a mesma sob condições de temperatura e pressão especificas. Esta propriedade serve de base para o processo de concentração gravítica, pois este é baseado na diferença de densidades dos constituintes a separar.
2.4.2. Caracterização mineralógica Designa-se caracterização mineralógica a pesquisa e estudo de um determinado minério, que em alguns casos, ainda não tenha sido estudado cientificamente. Entre os principais objectivos desta análise técnica está o conhecimento de todas as propriedades do minério objecto de estudo, bem como, seu melhor aproveitamento no processo industrial e as possíveis dificuldades encontradas durante a mineração. É neste ponto que são definidos os aspectos aproveitáveis do minério, aqueles que poderão ser destinados a industrialização após a extração, os recursos necessários para a liberação da matéria-prima das rochas, levando em consideração a sua textura e o tamanho da partícula usada durante este procedimento. Além de fornecer o melhor dimensionamento de todo o processo de mineração, tendo em vista as perdas e fragilidades do processo. 2.4.2.1. Microscopia Óptica A microscopia óptica é uma técnica de analise mineralógica qualitativa. O tipo mais simples de microscópio é uma lente de aumento, que permite a observação de estruturas ampliando as diversas vezes. Esta técnica é usada na área mineralógica para observação de grãos de minerais, superfície de metais, e mais (Goldnstein, 2015). Existem diversos tipos de microscópios ópticos, variando em função do seu fim. Uma lupa estereoscópica é um tipo de microscópio utilizado observação de amostras de grande relevo, como grãos, partículas ou superfícies de fractura. Ela é formada por dois sistemas ópticos diferentes (estereoscópios), razão pela também se chama de lupa binocular, dois tubos, 2 objectivas (mais próximo dos olhos) e 2 oculares (mais próximas do objecto), o que permite visualizar imagens tridimensionais de objetos em relevo e profundidade, ou seja, permite uma análise macroscópica de minerais em três dimensões, possibilitando sua identificação através da cor, brilho, clivagem e fratura (Gonçalves, 2015).
Figura 5 - Mesa de Concentração Wilfley: 1-Alimentador de água; 2-Alimentador de amostra; 3 - Mecanismo de Vibração; 4 - Agua de lavagem; 5-Zona de descarga do concentrado; 6-Zona de descarga da ganga. 2.5.2. Flotação A flotação é usada para a concentração de materiais finos (< 70 μm), naturais ou gerados no processo de redução de tamanho, actuando em faixas granulométricas inadequadas para os métodos gravíticos. A ilmenite caracteriza-se por apresentar pouca susceptibilidade à flotação, resultando em baixos valores de recuperação (Baltar et al., 2005). Normalmente a flotação por espuma tem sido usada para a recuperação de zircão e monazita em plantas de concentração. Empresas desse ramo, normalmente usam um reagente de fluorossilicato de sódio para separar com sucesso todo um conjunto de minerais pesados (Tyler et al., 2004). 2.5.3. Separação Magnética Poucos minerais apresentam magnetismo, mas para os que apresentam, o magnetismo pode ser uma propriedade diagnosticável. A força nos minerais pode variar desde a ser suficientemente forte para levantar barras de aço, ou apenas ser capaz de defletir a agulha de uma bússola, ou, ainda, simplesmente estar ausente. Muitos minerais não apresentam atracção por campo magnético, esses minerais são referidos como diamagnéticos. Alguns minerais podem ser atraídos por um campo magnético enquanto o campo estiver presente, estes são conhecidos como paramagnéticos.
3. Parte experimental A parte experimental, foi subdividida em três etapas principais:
