Influência do manuseio e caracterização mineralógica do minério de ferro na confiabilidade operacional das plantas de beneficiamento

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Tipo

Dissertação de mestrado

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Membros da banca

Roberto Galery
George Eduardo Sales Valadão
Leonardo Junior Fernandes Campos

Resumo

Estudos de confiabilidade operacional desenvolvidos para usinas de beneficiamento mineral identificaram diversos contribuintes para perdas de produção ao longo dos últimos anos. Em geral os principais fatores estão correlacionados com a características mineralógicas, propriedade de fluxo, tipo de beneficiamento, design de equipamentos e condições de operação. Importante ressaltar que os corpos minerários são diferentes nas diversas regiões do Brasil, assim como no restante do mundo, referente a granulometria, umidade, composição química e estrutura cristalina, fazendo com que a definição de critérios e padrões operacionais com alta assertividade sejam extremamente complexos. Da mesma forma, as usinas de beneficiamento são customizadas conforme as características do corpo mineral existente. As usinas observadas para o estudo de confiabilidade operacional são compostas pelas etapas de cominuição, classificação, filtragem, estocagem e expedição, e os problemas relacionados a perdas de produção estão presentes em todas as etapas, todavia com variações de intensidade ao longo do ano e também no avançar da lavra na mina. A fim de avaliar os contribuintes que impactam o processo de beneficiamento foram realizados diversos ensaios quanto a caracterização mineralógica, análise química, análise granulométrica, propriedade de fluxo e outros, com foco nas amostras de minério das Usinas B (MFUN) e A (MFB7030) para compreender as causas dos impactos nas perdas operacionais devido à dificuldade de fluidez do material. As análises revelam que as amostras da Usina B são predominantemente compostas por óxidos de ferro e gibbsita, enquanto as da Usina A apresentam principalmente óxidos de ferro. As diferenças na composição mineralógica refletem-se em comportamentos fluidodinâmicos distintos, com o MFUN demonstrando maior coesividade e necessidade de ângulos de chute superiores para fluidez em comparação com o MFB7030. Essas diferenças são explicadas pela rota de processamento, onde a Usina B utiliza processos via umidade natural, resultando em maior presença de frações finas de minerais terrosos, enquanto a Usina A emprega processos a úmido, removendo essas frações. Isso afeta a fluidez do material, influenciando a classificação em peneiramento e a performance dos britadores. Além disso, a presença de materiais coesivos pode levar a obstruções das várias etapas da cadeia. Assim, uma caracterização mineralógica adequada é essencial para definir as rotas de processos e condições operacionais. Considerando os resultados, identificou-se que aproximadamente 10% dos pontos de transição nas usinas são críticos e requerem estudos adicionais para minimizar gargalos. Através dos resultados é possível obter insumos para determinar de forma técnica informações importantes referentes a processos de beneficiamento e performance de ativos, sendo: aberturas de saída de silos e chutes do circuito de produtos, ocupações volumétricas, revestimento para otimização de fluidez de material, ângulos de chutes de repouso e de descarga, dimensionamento de morto, ocupação de correias, dimensionamento de capacidade de equipamentos, etc. Em suma, este estudo destaca a importância da interação entre propriedades de fluxo e caracterização mineralógica para otimizar a operação das usinas de beneficiamento.

Abstract

Operational reliability studies developed for mineral processing plants have identified several contributors to production losses over the past years. Generally, the main factors are correlated with mineralogical characteristics, flow properties, beneficiation type, equipment design, and operational conditions. It is important to note that ore bodies vary across different regions of Brazil, as well as globally, in terms of particle size, moisture, chemical composition, and crystal structure, making the definition of operational criteria and standards highly complex. Likewise, beneficiation plants are customized according to the characteristics of the existing mineral deposit. The plants observed for the operational reliability study consist of comminution, classification, filtration, storage, and dispatch stages, with production loss-related issues present in all stages, although with varying intensities throughout the year and as mining progresses. In order to assess the contributors impacting the beneficiation process, various tests were conducted, including mineralogical characterization, chemical analysis, particle size analysis, flow property tests, among others, focusing on ore samples from Plants B (MFUN) and A (MFB7030) to understand the causes of operational losses due to material flow difficulty. The analyses reveal that samples from Plant B are predominantly composed of iron oxides and gibbsite, while those from Plant A mainly contain iron oxides. Differences in mineralogical composition are reflected in distinct fluid dynamic behaviors, with MFUN demonstrating greater cohesion and the need for higher chute angles for flow compared to MFB7030. These differences are explained by the processing route, where Plant B natural moisture processes, resulting in a higher presence of fine fractions of clay minerals, while Plant A employs wet processes, removing these fractions. This affects material flow, influencing screening classification and crusher performance. Additionally, the presence of cohesive materials can lead to obstructions at various stages of the production chain. Therefore, adequate mineralogical characterization is essential to define process routes and operational conditions. Considering the results, it was identified that approximately 10% of transition points between plants are critical and require further studies to minimize operational bottlenecks. Through the results, it is possible to obtain technical inputs to determine important information regarding beneficiation processes and asset performance, such as silo and chute outlet openings, volumetric occupancy (belts, chutes, silos, screens, and crushers), lining for material flow optimization, resting and discharge chute angles (chutes, silos, and yards), dead space sizing, belt occupancy, equipment capacity sizing, etc. In summary, this study highlights the importance of the interaction between flow properties and mineralogical characterization to optimize the operation of beneficiation plants.

Assunto

Engenharia de minas, Tecnologia mineral, Usinas siderúrgicas, Determinação mineralógica, Beneficiamento de minério, Minério de ferro

Palavras-chave

Caracterização mineralógica, Minério de ferro, Manuseio, Beneficiamento mineral

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