Sim 2014 - Palestra Desenvolvimento de um processo de mineração eco-eficiente (Kristy Duff)

Projeto de Pesquisa e Desenvolvimento (P&D)

Desenvolvimento de um processo de mineraçãoeco-eficiente e com melhor uso de recursos

2014

Autores:Autores:K K DuffyDuffy

W W ValeryValeryA A JankovicJankovic

K K RungeRunge

© Metso© Metso

Um processo de mineração eco-eficiente e com melhor uso de recursosIntrodução

Diante de - Crescentes custos de energia- Recursos hídricos limitados- Exigências legais mais rigorosas- Depósitos minerais mais pobres e de extração mais difícil

a indústria da mineração está buscando tecnologias e práticas mais sustentáveis

A METSO PTI está realizando um Projeto de P&D :“Desenvolvimento de um processo de mineração

eco-eficiente e com melhor uso de recursos”

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© Metso www.metso.com

Um processo de mineração eco-eficiente e com melhor uso de recursos

• Investigar tecnologias e práticas alternativas em mineração e processamento mineral que reduzam a utilização de energia e água e as emissões de carbono, enquanto minimizam a geração de resíduos e maximizam valor

• Propor serviços de mineração eco-eficientes e fluxograma(s) para testes em colaboração com uma empresa mineradora, tendo como meta reduzir o uso de energia em 30% e a emissão de gases causadores do efeito estufa em 50%

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Objetivo e MetaObjetivo:

Meta:

Procurando soluções que sejam tecnicamente e economicamenteviáveis para serem implementadas em um prazo razoavelmente curto


Melhorar a eficiência energética –Criando maior valor com menos impacto e, consequentemente,

melhor retorno econômico a partir do recurso disponível

• Empresas mineradoras precisam operar com maior eficiência paraatenderem às metas ambientais, mas também para continuaremeconomicamente viáveis.

• Melhorar a eficiência de recursos (ser mais recurso-eficiente) podefazer a diferença entre um projeto ser viável ou não.

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Visão Geral

Foco:

Um processo de mineração eco-eficiente e com melhor uso de recursos

© Metso www.metso.com General PTI presentation 2014

Hoje – Processo de Mineração Convencional

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Flotação Primária Remoagem Flotação de Limpeza

Perfuração e Desmonte

Escavadeira e Caminhão Britador Primário


O Futuro – Mineração Eco- e Recurso Eficiente

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Britagem e transporte in-pit

Pré-classificação do minério

Transporteem ânguloacentuado

Flotação de partículas grossas

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Desmonte seletivo de alta intensidade (HISB – High Intensity Selective Blasting)

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AntecedentesEnergia

específicakWh/t

Custo $/t

Perfuração & Desmonte

0,1 – 0,25 0,1 – 0,25

Britagem 0,5 – 8 0,5 – 1Moagem 10 - 35 2 – 5

• Espera-se que o Desmonte seletivo de maior intensidade leve a mais um degrau de avanço em eficiência energética.

• Envolve aumentar e melhor distribuir a energia utilizando sistemas avançados de iniciação para: - Melhorar a fragmentação na detonação- Controlar a movimentação do minério e

minimizar sua diluição. - Permitir detonação seletiva. - Ondas de choques resultantes são

focadas para aumentar micro fraturas.

O desmonte é o estágio de cominuição mais barato e de maior

eficiência energética

O desmonte é o estágio de cominuição mais barato e de maior eficiência

energética

© Metso© Metso8

Benefícios

• Tamanho máximo controlado & mais finos • ‘Top size’ ~350mm comparado a ~1m• Redução de energia nas operações de

cominuição posteriores• Otimização geral do sistema (custos/energia)

• Redução emissões gases do efeito estufa• Melhor produtividade carga e transporte• Melhor modelagem de previsão e ‘blending’• Melhor estabilização geral do processo• Melhor viabilidade de tecnologias

alternativas de pré-concentração e carga/transporte

Estas melhorias são conseguidas sem capital adicional

Desmonte seletivo de alta intensidade (HISB)

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Testes em Escala Industrial

• Pequena detonação pré-teste realizada para calibrar um modelo defragmentação por explosivos

• Mudanças nos planos de fogo simuladas e dois planos escolhidos para teste.• Razão de carga (powder factor) aumentada de 0,9 kg/m3 para 3,1 kg/m3

• Um polígono de detonação retangular (50 m x 10 m) será dividido em duaszonas para testar os dois planos de fogo

• Medir impacto sobre a fragmentação por explosivos

Testes de High Intensity Blasting (HIB) em uma pedreira de rocha dura no Brasil

ObjetivoControlar a

distribuição de energia para reduzir o ‘top size’ enquanto

se previne o ultralançamento, onda de choque

aérea, pó e vibração

Cenário A Cenário B

Desmonte seletivo de alta intensidade (HISB)

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Antecedentes A movimentação de minério é responsável por cerca de 50 % do custo

operacional total de uma mina e gera a maior parte do pó e das emissões de gases do efeito estufa (GEE)

• Entende-se por In-Pit Crushing and Conveying (IPCC) a utilização debritadores totalmente móveis, semi-móveis ou de britadores fixos dentro damina junto com um sistema transportador para retirada do material.

• O IPCC pode eliminar o uso de diesel e é mais eficiente do que a operaçãoconvencional com escavadeira e caminhão.

Interesse em IPCC está crescendo devido ao:

• Declínio da qualidade dos depósitos minerais

• Maior diferença de preço entre o diesel e a eletricidade

• Falta de mão de obra qualificada• Restrições ambientais + rigorosas

Britagem e transporte in-pit(In-Pit Crushing and Conveying - IPCC)

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Vantagens e Desvantagens

IPCC Escavadeira e CaminhãoVantagens• Alta capacidade• Operação contínua• Baixos custos operacionais• Longa vida útil de equipamentos• Menos emissões• Melhor automação e segurança• Sem dependência na disponibilidade

de pneus

Desvantagens• Baixa ou média capacidade• Operação descontínua• Altos custos operacionais• Menor vida útil de equipamentos• Movido a Diesel• Maioria dos acidentes ocorrem durante

carregamento & transporte• Problemas com disponibilidade de pneus

Desvantagens• Maior custo inicial com capital• Menor flexibilidade de capacidade• Maior complexidade em planejamento

da mineração• Maior tempo entrega / desenvolvimento

Vantagens• Baixo custo inicial com capital• Flexibilidade de capacidade• Apropriado para mineração seletiva • Menor tempo entrega / desenvolvimento


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IPCC é particularmente atraente em operações degrande volume pois os custos de transporteconvencional por caminhão aumentam dramatica-mente com a ampliação no tamanho da mina

• Porém, IPCC tem o potencial de reduzir, de maneira significativa, os custosoperacionais, necessidades relativas à mão de obra e às emissões para muitasaplicações.

• Condições favoráveis à IPCC:- Longa vida da mina- Operação de alta capacidade- Longa distância transporte- Operação ‘Greenfield’ - Restrições relativas a emissões de carbono e/ou geração de pó- Preço da eletricidade ($/kWh) inferior a 25% do preço do diesel ($/L)- Restrições de mão de obra ou dificuldade em encontrar mão de obra qualificada- Bancos longos e regulares e técnicas de ‘strip-mining’

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AplicabilidadeA implementação de IPCC requer cuidadosa avaliação dos fatores

geológicos, técnicos e econômicos específicos para cada operação


© Metso© Metso

• Um sistema eficiente para implementar IPCC nas operações em minas com taludes íngremes

• Remove o material pela rota mais curta

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Transporte em ângulo acentuado

Transporte em ângulo acentuado ‘high angle conveying’ (HAC)


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• Redução em emissões de gases do efeito estufa de100.000 –150.000 toneladas de CO2/ano

• Custos operacionais são tipicamente 20% – 60% menores do que um sistema de pá e caminhão, com um sistema totalmente móvel IPCC sendo o mais frugal

• A necessidade energética de um sistema de correia transportadora é por volta de 20% daquilo que se necessita para o transporte por caminhão

14

Benefícios

Os maiores benefícios seriam alcançados nas grandes operações a céu aberto que necessitam movimentar altos volumes de

material ao longo de grandes distâncias.


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Pré-Concentração

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Antecedentes

• A cominuição é o maior consumidor de energia no processamento mineral (até 70%)

• Remover o material estéril antes da cominuição pode reduzir o consumo de energia e água e o custo operacional por tonelada de produto de maneira significativa

Remoção de material estéril com o maior tamanho de

partícula possível

Oportunidades:• Peneiramento após a fragmentação

inicial• Classificação do Minério Bruto

Impactos - Consumo Energia, Geração de Gases EstufaTodas as Operações de Mineração e Processamento Mineral

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Por Peneiramento

Exemplo:• 85% recuperação de urânio em apenas 60% da massa• Enriquecimento de <0,07% para 0,10% de urânio

• Minerais valiosos com frequência são mais moles e mais friáveis do que minerais ganga

• Concentração de minerais de valor em frações fina após estágios iniciais de fragmentação

• Exemplos em várias commodities:

- urânio - platina- ouro- Metais de base

0.06

0.07

0.08

0.09

0.10

0.11

0.12

0.13

0.14

0.15

0.16

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

-20 -50 -100 +100

Cum

ulat

ive

Ura

nium

Gra

de (%

)

Cum

ulat

ive

Mas

s and

Ura

nium

Rec

over

y (%

)

Size Fraction (mm)

Recovery, grade and size relationship for a Uranium Ore

Mass Recovery

Uranium Recovery

Grade

Recuperação, teor e relação de tamanho para um Minério de Urânio

Mas

sa c

umul

ativ

a e

Rec

uper

ação

de

Urâ

nio

(%)

Pré-Concentração

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Por Peneiramento - Aplicação

PENEIRAMENTOAlta capacidade Baixo custo Baixo risco técnico

• A relação entre tamanho de partícula e teor é comumente conhecida na indústria

• Muito difícil de medir/amostrar

TelferEnsaios de Pré-peneiramento

Bougainville CopperPlanta de Pré-peneiramento

• Comissionada em 1987• Peneira 6000 tph a 32 mm• Aumentou produção e

utilização de recursos • Através da redução do teor

de corte e aumento da produção do concentrador

• Amostras ROM • Cut-size 50mm e

100mm• Amostragem

‘falling stream’• 75% ouro em

50% de massa• Alta variabilidade

Fonte: Bowman and Bearman - 2014

Pré-Concentração

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Classificação de minério por sensor

• Largamente empregada nas indústrias de matérias primas e reciclagem

• Porém, somente aplicada em algumas áreas na indústria da mineração

• Tecnicamente viável e oferece benefícios significativos (aumentando a eficiência em energia e água) para as aplicações de nicho, de pequena escala, e para tipos específicos de minérios

• Não apropriada para a pré-concentração em operações mineradoras grandes (produção é limitada)

• A pré-concentração requer que a classificação do minério seja aplicada a quantidades de minério a granel

Tecnologia Atual(separação de partículas individuais)

Pré-Concentração

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Classificação de minério a granel

Sensor ou combinação de sensores

Sistema de controle (decisão aceitar /

rejeitar Portão de desvio

Valioso Rejeitado

• Utiliza sensores para medir a qualidade do minério a granel como, por exemplo, em uma correia transportadora com plena carga

• Requer sensores penetrantes e rápidos (colaboração – especialistas em sensores)

• A Metso desenvolveu desenhos conceituais de sistemas mecânicos de desvio (na mina e fixos)

Pré-Concentração

Alimentação à usina ou transportador móvel in-pit

(correia transportadora com 3.600 t/h, 5m/s)

Material de valor Material estéril

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Benefícios

• Melhorar alimentação da planta / remover rocha estéril

• Redução de diluição / perdas de minério• Para as operações já existentes, aumenta

a produção para o mesmo equipamento ou planta

• Em novas operações, reduz infraestrutura de processamento necessária para o mesmo volume de produção

• Upgrade do material abaixo do teor de corte para estender a utilização dos recursos

• Redução em uso de energia, emissões de GEE e perdas de água por tonelada de produto

• Menos rejeitos finos úmidos • Redução das necessidades de transporte

de minério (carregamento / caminhão / correia transportadora)20

738

811

-1000

-500

0

500

1000

0 5 10 15

NPV

(Mill

ion

US$

)

Ano

NPV Cumulativo

Base Case With Sorting

Pré-concentraçãoaumenta teor de aliment. planta a

0,62% Cu

Impacto da Pré-concentração sobre o NPV (Valor Presente Líquido)

200 Milhões de toneladas depósito cobreCapacidade fixa da planta 40.000tpd0,52% Cu teor de aliment., 15 anos LOM

Exemplo: Mina de Cobre 8 MtpaUS$ 28,8 milhões de valor perdidopor ano devido a diluição de teorde alimentação. Controle dequalidade com pré-classificaçãopode reduzir perdas por diluição

Pré-Concentração

© Metso© Metso

Circuitos de cominuição eco-eficientes

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Antecedentes

A cominuição é o maior consumidor de energia no processamento de

minérios (até 70%)

• Novos circuitos de cominuição podem incluir tecnologias alternativas tais como:- Moinhos de Rolos Verticais (VRM)- Britador de Rolos de Alta Pressão

(HPGR) como o HRC da Metso- e moinhos como o Vertimill da Metso

• Nos circuitos de moagem a úmido existentes - A substituição de ciclones por

peneiras de finos poderá melhorar a eficiência

© Metso© Metso22

Tecnologias alternativas e fluxogramas inovadores

• Tecnologias como VRM, HPGR e moinhos de atrição são mais eficientes do que moinhos convencionais (menor energia específica geral)

• VRM e HPGR oferecem vantagens adicionais- Processos a seco (minimiza perdas de água)- Sem corpos moedores em aço – energia incorporada

• Novos arranjos de fluxogramas como um HPGR seguido de moinhos de atrição (‘stirred’ mill) têm o potencial de reduzir a energia de cominuição de maneira significante

Testes em escala piloto indicam que tanto o HPGR quanto o VRM tem o potencial de proporcionar economias significativas de energia além de benefícios para o processo

VRM 25% – 40% mais eficiente em energia do que moinho de bolas para uma cominuição semelhante.

HPGR em circuito fechado com aero-classificador 20% – 30% mais eficiente do que moinho de bolas até a moagem final


© Metso© Metso23

Peneiramento de finos

• Nos circuitos a úmido existentes - Moinho de bolas em circuito fechado com hidrociclones predomina

atualmente- Economia de energia de 15 – 25% com uso de peneiras em vez de ciclones- Economia ainda maior para minerais valiosos de alta densidade

Capacidade do cir-cuito de moagem poderá crescer em até 50% para os minérios de magnetita

Colaboraçãon

Maior capacidade do circuito

Alimentação Peneira de finos Maior eficiência de

classificação

Produto

Moinho de Bolas

Menor carga circulante


© Metso© Metso


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Antecedentes

0.0

10.0

20.0

30.0

40.0

50.0

60.0

70.0

80.0

90.0

100.0

+425

um

+300

um

+212

um

+150

um

+106

um

+75

um

+53

um

+38

umCS

1

CS

2

CS

3

CS

4

CS

5

-CS

5

Circ

uit R

ecov

ery

(%)

Size Fraction

Recuperação por Flotação cai significativamente para as partículas grosseiras

A etapa de flotação não consome muita energia, mas a flotação de partículas mais grossas poderia proporcionar uma redução significativa

na energia de cominuição

• Flotação a 0,3 mm em vez de 0,1 mm poderia reduzir energia de cominuição em 30% a 50%.

• Flotação preliminar de material grosso, seguido de remoagem e limpeza de uma quantidade muito menor

© Metso© Metso25

Estratégias para melhorar a flotação de partículas grossas

Colaboração

1. Melhorar a flotação de partículas grossas nas células existentes

• Programa de testes com célula piloto da Metso (3m3) analisando:

- Turbulência (design da célula, velocidade do rotor, tamanho do rotor, densidade da alimentação)

- Tamanho de bolha- Estabilidade de espuma- Tempo de residência da espuma- Condicionamento / flotação em

separado (grossos e finos)- Adição de reagente por aerossol


© Metso© Metso26

Colaboração

2. Avaliação de Tecnologias Alternativas

• Flotação em leito fluidizado • A tecnologia alternativa mais

promissora para melhorar a flotação de partículas grossas

• Utiliza água de fluidização aerada

Estratégias para melhorar a flotação de partículas grosseiras Flotação de partículas grossas

http://www.ufrgs.br/english

© Metso© Metso27

3. Otimização da interação moagem/flotação

• Compreendendo o efeito das tecnologias de moagem (mecanismos de fragmentação)- Formato da distribuição

granulométrica- Fragmentação preferencial

• E o impacto sobre o desempenho da flotação

10

100

1 10 100 1000

Mas

s Per

cent

Pas

sing

Size (microns)

Hammer Mill

Piston & Die

Estratégias para melhorar a flotação de partículas grossas Flotação de partículas grossas

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Otimização da recuperação de água

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Filtragem e empilhamento de rejeitos seco

A maior parte da água consumida na mineração é perdida por evaporação

nas barragens de rejeitos, aprisionamento e infiltração

• O empilhamento seco de rejeitos filtrados é uma ação cada vez mais considerada, especialemnte em áreas com alta atividade sísmica ou suprimentos hídricos limitados

• Os custos de recuperação e de fechamento tem uma redução significativa - Menor área (footprint)- Construção mais fácil - Reabilitação progressiva

O sistema de gerenciamento de rejeitos secos na mina de minério

de ferro Karara da Gindalbie Metalsé o primeiro deste tipo na Austrália.

Ele representa um investimento significativo na capacidade de reciclar água, permitindo que o projeto reduza seu consumo de

água em cerca de um terço.

© Metso© Metso

Benefícios

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Redução no consumo de energia e nas emissões de gases estufa

Economias de EnergiaEstimativa conservadora:

> 35 % de economia de energia para processo geral

Potencialmente muito maior

Emissões de Gases Efeito Estufa (GEE) Na produção de metais, a quantidade de GEE produzida acompanha de perto o consumo de energia

Estimativa de Economia de Energia Resultante de um Processo de Mineração Eco-eficiente e Recurso-eficiente

Porc

enta

gem

de

Ener

gia

Tota

l par

a Pr

oces

so

Con

venc

iona

l (%

)

Outra

Separação

Moagem

Britagem

Apoio à Mina

Transp. Minério

Escavação

Desmonte

Perfuração

© Metso www.metso.com30

Economia de água

Energy Savings

Conservative estimate:

> 35 % energy savingfor overall process if allcomponents implemented

Potentially much higher

Consumo geral de água pode ser reduzido em mais de 40 %

As maiores economias de água são possíveis através da aplicação de filtragem e empilhamento seco de rejeitos

Benefícios

Estimativa de economia de água resultante de um processo de mineração eco-eficiente e recurso-eficiente

Porc

enta

gem

de

Água

Tot

al p

ara

Proc

esso

Con

venc

iona

l (%

)

processo convencional

mineração

pré-concentração cominuição a seco e flotação de partículas

grossas

filtragem e empilhamento

seco

processo mineração eco- e recurso-eficiente

Processo Convencional Mineração Economia Água Processo Mineração Eco- e Recurso-eficiente


• Inerentemente, a melhora da eficiência da operação em geral irá reduziros custos, o consumo de energia e água, e reduzirá as emissões portonelada de produção

• Assim, melhora-se o retorno econômico da operação enquanto se reduzo impacto sobre o meio ambiente

• As empresas mineradoras precisam operar com maior eficiência paraatender às metas ambientais, mas, também, para continuaremeconomicamente viáveis

• Melhorar a eficiência em recursos (ser mais recurso-eficiente) podefazer a diferença entre um projeto ser viável ou não

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Eficiência de recursos

Eficiência de recursosMaximizar a recuperação de valor de um depósito mineral, enquanto se reduz

o impacto

Benefícios


Próximos passos e desafios• O trabalho fundamental está quase pronto• Resultados muito promissores em várias áreas• Iniciando testes industriais em algumas áreas• Buscando parcerias em mineração

- Para desenvolver ainda mais os conceitos- Realizar testes nos locais de operação - Sermos pioneiros na inauguração de novos processos

em projetos ‘Greenfield’ (novos empreendimentos)- Para validar a viabilidade e praticidade econômica dos

conceitos- Quantificar os benefícios da eco-eficiência

Unlocking Energy Efficiency in the Mining Process

32

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