XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minrios e Metalurgia Extrativa Poos de Caldas-MG, 18 a 22 de Outubro 2015ESTADO DE AGREGAO E DISPERSO DE UM MINRIO DE FERRO NA PRESENA DE DIFERENTES TIPOS DE AMIDOS MATOS, V.E.1, PERES, A.E.C.2, BRANDO, P.R.G.31Samarco Minerao S.A. / Universidade Federal de Minas Gerais. e-mail: vanderson.eney@samarco.com 2Universidade Federal de Minas Gerais, e-mail: aecperes@demet.ufmg.br 3Universidade Federal de Minas Gerais, e-mail: pbrandao@demin.ufmg.br RESUMO O estado de agregao e disperso das partculas minerais de suma importncia para a eficincia do processo de concentrao de minrio de ferro por flotao catinica reversa. Amidos orgnicos naturais so utilizados como depressores das partculas de xido de ferro atravs da hidrofilizao superficial da hematita, enquanto as partculas de quartzo so coletadas atravs da adio de coletores do grupo das aminas, que as tornam hidrofbicas. Esses amidos possuem propores variveis dos polmeros amilose e amilopectina, dependendo da fonte natural da qual so extrados, o que lhes confere desempenho diferenciado no processo de flotao. Testes de grau de disperso em escala de bancada foram realizados utilizando um minrio itabirtico tpico do Quadriltero Ferrfero e suas variaes processuais, condicionados com trs tipos de amido diferentes entre si em relao origem e composio dos polmeros amilose e amilopectina. Os resultados mostraram a diferena do grau de disperso das partculas dos minrios testados em relao variao da dosagem do reagente e modulao do pH na faixa de trabalho usualmente empregada na flotao catinica reversa de minrios de ferro. A diminuio do grau de disperso das partculas mais finas mostrou ser funo do aumento da dosagem e da relao amilopectina: amilose dos amidos testados. PALAVRAS-CHAVE: agregao e disperso; depressores; amidos; minrio de ferro. ABSTRACT The state of aggregation and dispersion of mineral particles is very important for the efficiency of iron ore concentration by reverse cationic flotation. Natural organic starches are used as a depressant of iron mineral particles through hydrophilization of the hematite surface and the quartz particles are collected by addition of amines that render them hydrophobic. These starches have different proportions of amylose and amylopectin depending on the natural source from which it was extracted, resulting in them different performances in the flotation process. The dispersion degree experiments were conducted at bench scale, using a typical Brazilian iron ore conditioned with three different types of starch from different origin and amylose: amylopectin composition. The results show differences in the degree of dispersion of mineral particles as a function of reagent dosage and pH in the range usually employed in the reverse cationic flotation of iron ore. Decrease in the dispersion degree of fine particles was observed when the starch dosage was increased and a higher amylopectin: amylose ratio was used. KEYWORDS: aggregation and dispersion; depressants; starches; iron ore.

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1. INTRODUO Os minrios de ferro tais quais encontrados na natureza atualmente no podem ser utilizados economicamente em processos siderrgicos sem um tratamento prvio, em funo dos seus baixos teores de ferro e alto contedo de impurezas. Estes tratamentos normalmente so realizados em meio aquoso requerendo a formao de polpas em suspenso, sendo o estado de agregao e disperso das partculas minerais de suma importncia para a eficincia das operaes unitrias. O estado de agregao e disperso das partculas governa tambm a reologia das polpas, alterando a viscosidade das mesmas. Na flotao catinica reversa, as partculas hidroflicas de xido de ferro devem estar idealmente agregadas enquanto que as partculas hidrofobilizadas de quartzo devem estar adequadamente dispersas no leito fluidodinmico potencializando as probabilidades de contato, adeso e transporte para serem separadas seletivamente pelas bolhas de ar introduzidas durante o processo de flotao. Um fluxograma simplificado do processo de concentrao da Usina I da Samarco Minerao apresentado na figura 1. Na figura podem-se observar os fluxos das etapas de moagem, deslamagem, flotao (em vrios estgios) e espessamento.

Figura 1. Fluxograma simplificado do processo de concentrao da Usina I da Samarco. Os processos de flotao de minrio de ferro acontecem com a adio de reagentes qumicos que governam a seletividade do processo atravs da alterao e controle das propriedades superficiais das partculas de hematita e quartzo tornando-as mais hidrofbicas ou hidroflicas. Os reagentes mais utilizados na flotao catinica reversa dos minrios de ferro brasileiros so as eteraminas, atuando como coletores das partculas de quartzo, e os amidos orgnicos naturais de milho e ou mandioca, exercendo a funo de depressores das partculas de xido de ferro. A polpa de minrio condicionada com amido gelatinizado (quimicamente com NaOH ou termicamente) e diludo, permitindo a interao cintica entre as partculas e o polmero antes de serem alimentados ao processo de flotao. Nesta interao ocorre a adsoro do amido na superfcie da hematita causando agregao das partculas do sistema, em nveis variveis em funo da concentrao do reagente, tipo de depressor e pH da polpa.

Onde:AFC Alimentao da flotao convencionalUFD Under flow dos ciclones deslamadoresATC Alimentao do Tank Celll

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XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minrios e Metalurgia Extrativa Poos de Caldas-MG, 18 a 22 de Outubro 2015Alexandrino et al. (2013) estudaram o estado de disperso de partculas de hematita em polpas na presena de diferentes reagentes. Foram identificados diferentes padres de disperso das partculas em funo dos reagentes testados em uma ampla faixa de pH. Vrios polmeros de fontes naturais ou sintticas podem ser utilizados como depressores de hematita na flotao, conforme trabalhos de Moreira (2012) e de Turrer (2007). Contudo os mais empregados so os amidos de milho e mandioca em funo do baixo custo, alta disponibilidade e excelente performance no processo. Amidos de milho e mandioca tm desempenhos diferentes na flotao catinica reversa de minerais de ferro oxidados hematticos, conforme estudado por Mapa et al. (2007). Na literatura esta diferena atribuda principalmente ao contedo de impurezas (essencialmente leo em teores variados) que existe nesses amidos. Outra diferena conhecida que pode contribuir para o desempenho desses amidos na flotao o contedo de polmeros amilose e amilopectina. A amilose um polmero de massa molar relativamente baixa (cerca de 1.000.000 u.m.a.) que possui uma estrutura linear, formando cadeias helicoidais em soluo aquosa. A amilopectina possui uma estrutura ramificada, inibindo a formao de hlices, resultando numa formao irregular com massa molar muito alta (entre 10.000.000 e 100.000.000 u.m.a.). A caracterizao desses polmeros amplamente explorada em LEJA (1982). Na figura 2 so representadas esquematicamente as estruturas helicoidal da amilose e ramificada da amilopectina, com suas respectivas cadeias moleculares hidrocarbnicas. A amilose formada por ligaes glicosdicas do tipo -1,4, enquanto que na amilopectina as ramificaes se unem cadeia principal atravs de ligaes -1,6.

Figura 2. Representao das estruturas e cadeias helicoidal da amilose, e ramificada da amilopectina (adaptado de LEJA, 1982 e BRANDO, 2014). A amilopectina um floculante ideal mais eficiente que a amilose permitindo a floculao seletiva da hematita em relao ao quartzo, o que seria um fenmeno extremamente interessante para o processo de flotao catinica reversa. Aguiar (2014) apresentou resultados de microflotao que mostraram que o amidex (amido com 100% amilopectina) apresentou maior eficincia na inibio da flotabilidade da hematita na presena de eteramina quando comparado maizena (75% amilopectina). Estes resultados podem ser observados na figura 3 (a). J a amilose, em funo da sua formao helicoidal com os grupos OH orientados, poderia encapsular a amina adsorvida na superfcie do quartzo neutralizando sua

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hidrofobicidade (tornando-a hidroflica). Este comportamento explicado pela formao dos chamados clatratos na flotao catinica reversa de minrios de ferro, estudada por Aguiar (2014). Nas figuras 3(b) e 3(c) pode-se observar que este fenmeno dependente das concentraes de amina, de amido e do pH, para os reagentes testados.

Figura 3. Teste de Microflotao: (a) Flotabilidade da hematita em relao concentrao dos depressores, com amina (10 mg/L) em pH=10,0; (b) Flotabilidade de quartzo em funo de diferentes concentraes de amina e maizena, pH=10; (c) Flotabilidade do quartzo em funo do pH e do tipo de amido (80 mg/L de amina e 80 mg/L de amido). (AGUIAR, 2014). Os amidos possuem propores variveis de amilose e amilopectina dependendo da fonte natural da qual so extrados. O amido de milho possui proporo amilose:amilopectina de 30:70 enquanto o amido de mandioca possui relao 20:80. Amidos de diferentes fontes podem ser industrialmente modificados para contedos especficos de amilose e amilopectina. Moreira (2012) correlacionou a recuperao metlica da flotao dosagem calculada de amilopectina contida em amidos utilizados em testes de flotao em bancada. Os resultados apresentados na figura 4 mostraram que a recuperao metalrgica de Fe crescente com o aumento da dosagem de amilopectina.

Figura 4. Recuperao metalrgica de Fe em funo da dosagem de amilopectina (MOREIRA,2012). 2. OBJETIVO E RELEVNCIA Este trabalho tem por objetivo avaliar o estado de disperso das partculas de um minrio tpico do Quadriltero Ferrfero (e suas variaes processuais) na presena de trs diferentes tipos de amidos, condicionados em dosagens distintas variando dentro de uma faixa de pH usual no processo de flotao. Os resultados podem explicar eventuais diferenas de desempenho desses amidos (depressores) em testes de flotao em bancada, atravs das diferenas de

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XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minrios e Metalurgia Extrativa Poos de Caldas-MG, 18 a 22 de Outubro 2015comportamento fluidodinmico governados pela floculao seletiva, associadas ao contedo de amilose e amilopectina de cada amido testado. 3. MATERIAIS E MTODOS Foram utilizados minrios de ferro procedentes dos processos de flotao da Samarco. Os trs minrios selecionados para serem testados foram o minrio deslamado que compe a alimentao da flotao convencional (flotao de grossos), o underflow dos ciclones deslamadores que alimenta o circuito da flotao de finos, e o concentrado remodo da flotao convencional que alimenta o circuito de flotao em Tank Cell. As amostras so respectivamente identificadas pelas siglas AFC, UFD e ATC no fluxograma da figura 1. As amostras coletadas em polpa foram filtradas, secadas, homogeneizadas, quarteadas e pesadas em alquotas de 20 gramas para formao de novas polpas com 10% de slidos para realizao de ensaios de disperso. As anlises qumicas de cada uma das amostras esto apresentadas na tabela 1.

Tabela 1. Anlise qumica das amostras de minrio testadas.

Os reagentes utilizados nos testes foram amostras comerciais de amido de milho (fub) e de amido de mandioca (farinha) utilizadas regularmente pela Samarco, alm de um amido de milho modificado (AMIDEX) constitudo essencialmente por amilopectina. Os amidos foram previamente gelatinizados com soda custica em escamas na relao amido:NaOH de 5:1, diludas com gua destilada em concentrao de 1% p/p. A concentrao da soluo de NaOH utilizada para modulao do pH foi de 3% p/p. As anlises granulomtricas das amostras de minrio foram realizadas em peneiras da serie Tyler. A srie de peneiras foi montada utilizando as peneiras de 20#, 28#, 35#, 48#, 65#, 100#, 150#, 200#, 270#, 325# e 400#. Os ensaios de caracterizao granulomtrica foram completados com anlise em granulmetro a laser Mastersizer. Os testes de disperso foram realizados em provetas de acrlico de 200 mL adaptada com dispositivo de coleta do overflow desenvolvido por GALRY (1985), conforme procedimento a seguir:

i. Formao da polpa (20 g de minrio/ 200 mL de gua destilada); ii. Adio da soluo de amido previamente gelatinizado com NaOH; iii. Colocao da polpa em suspenso para ajuste do pH com soluo de NaOH; iv. Homogeneizao da polpa com agitador manual (8 movimentos contnuos); v. Repouso da polpa para sedimentao durante 5 minutos; vi. Coleta do overflow em bquer de acrlico de 300 mL;

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vii. Filtragem das fraes dispersa e afundado em filtro a vcuo e secagem em estufa a 110 C; viii. Pesagem e clculo do grau de disperso conforme equao [%GD = (massa OF/ massa OF + massa UF) x 100 ]. 4. RESULTADOS E DISCUSSO 4.1. Anlises granulomtricas A figura 5(a) apresenta a distribuio granulomtrica das amostras dos minrios testados. Pode-se verificar que a alimentao da flotao convencional (D50 = 74 m) apresenta uma granulometria mais grosseira em relao s amostras do underflow dos ciclones deslamadores e da alimentao do Tank Cell, que apresentaram D50 de aproximadamente 20 m. Pode-se observar ainda a quase inexistncia de lamas (partculas abaixo de 10 m) na amostra da alimentao da flotao convencional contra aproximadamente 14% e 23% de lamas no underflow dos ciclones deslamadores e alimentao do Tank Cell, respectivamente. 4.2. Testes de disperso A figura 5(b) apresenta os resultados do grau de disperso (no grfico representado pelo % de overflow) em funo do pH, sem a adio de amidos.

Figura 5. (a) Distribuio granulomtricas das amostras de minrio testadas (b) Testes de disperso das amostras alimentao da flotao convencional, underflow dos ciclones deslamadores e alimentao do Tank Cell sem a adio de amido. Os resultados mostram no haver variao no grau de disperso das partculas da alimentao da flotao convencional em funo do pH, pela inexistncia de finos (lamas) nesta amostra. A amostra da alimentao do Tank Cell passa de um estado agregado no pH natural para um estado de disperso das partculas acima de 15% em massa a partir de pH 10. J nas amostras do underflow dos ciclones deslamadores, o grau de disperso passa de um estado intermedirio para a mxima disperso em pH acima de 10, atingindo quase 30% da massa dispersa. Estes resultados serviram de referncia (testes em branco) para comparativo do efeito da adio dos amidos nas respectivas amostras testadas. Os testes foram realizados com dosagens variveis de 50, 400 e 800 g/t de amido. O pH foi medido na condio tal qual (sem reagentes) e regulado nos valores 10,0; 10,5 e 11,0 (faixa de trabalho de interesse para o processo de flotao na Samarco).

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XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minrios e Metalurgia Extrativa Poos de Caldas-MG, 18 a 22 de Outubro 2015Nos testes de disperso utilizando dosagem de 800 g/t o pH inicial atingiu valores prximos a 10. Os resultados de todos os testes so apresentados nas figuras 6, 7 e 8 para cada amostra de minrio e amido testado.

Figura 6. Testes de disperso das amostras alimentao da flotao convencional com adio de amido de milho, amido de mandioca e amido modificado, respectivamente. No foi observada alterao significativa no estado de agregao e disperso das partculas da alimentao da flotao convencional em funo da adio dos amidos ou variao do pH.

Figura 7. Testes de disperso das amostras underflow dos ciclones deslamadores com adio de amido de milho, amido de mandioca e amido modificado, respectivamente. Nos testes utilizando amostras do underflow dos ciclones deslamadores, pode-se observar a reduo gradativa do grau de disperso das partculas at o valor mnimo (abaixo de 5%) com o aumento da dosagem de amido de milho e de mandioca at 400 g/t. A dosagem em excesso de 800 g/t no altera ou reverte o grau de disperso das partculas. interessante notar que com 50 g/t o grau de disperso diminui com a elevao do pH utilizando-se tanto amido de milho quanto de mandioca. Em relao utilizao do amido modificado, os mnimos valores de grau de disperso ou mxima floculao j foram atingidos com quaisquer dosagens ou valores de pH testados.

Figura 8. Testes de disperso das amostras alimentao do Tank Cell com adio de amido de milho, amido de mandioca e amido modificado, respectivamente. Novamente observa-se o mximo efeito de agregao das partculas com quaisquer das dosagens e valores de pH com a utilizao do amido modificado. Nos testes com amidos de milho e mandioca observa-se tambm a reduo gradativa do grau de disperso com o aumento da dosagem de amido. Entretanto, os valores obtidos

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de grau de disperso so comparativamente mais baixos com a utilizao do amido de mandioca em relao ao amido de milho. 5. CONCLUSES No foram observadas alteraes no estado de agregao e disperso das partculas da alimentao da flotao convencional em nenhuma das condies testadas em funo da inexistncia de lamas nesta amostra. O grau de disperso das partculas das amostras do underflow dos ciclones deslamadores e da alimentao do Tank Cell decresce gradativamente com o aumento da dosagem de amido, sendo que o amido de mandioca apresentou um efeito de agregao (floculao) mais acentuado que o amido de milho nos testes com o underflow dos ciclones deslamadores. O mximo estado de agregao ou mnimo grau de disperso das partculas foi obtido com o amido modificado independentemente da dosagem ou pH testados, acentuando o poder floculante deste reagente em ambas as amostras testadas. 6. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem Samarco Minerao, ao PROEX, CAPES, CNPq e FAPEMIG pelo apoio financeiro ao PPGEM. 7. REFERNCIAS Aguiar, M.A.M. Clatratos na flotao catinica reversa de minrios de ferro. [Dissertao de Mestrado] (Programa de Ps-Graduao em Engenharia Metalrgica, Materiais e de Minas). Escola de Engenharia da UFMG, Belo Horizonte, 2014. Alexandrino, J.S., Peres, A.E.C., Rodrigues, O.M.S., Lopes, G.M. Estado de disperso de partculas de hematita em polpas na presena de reagentes. Revista de la Facultad de Ingenieria, Universidad de Atacama, No 29, p. 32-46, 2013. Brando, P.R.G.; Flotao de oxi-minerais, 2014. Galry, R. Influncia do estado de disperso na flutuabilidade do sistema willemita/dolomita. [Dissertao de Mestrado] (Curso de Ps-Graduao em Engenharia Metalrgica e de Minas). Escola de Engenharia da UFMG, Belo Horizonte, 1985. Leja, J. Surface Chemistry of Froth Flotation. New York: Plenum Press, 758p.,1982. Mapa, P. S., Resende, A. J. C., Vieira, M. G. Utilizao do amido de mandioca na flotao da Samarco Minerao S.A. In: VIII Simpsio Brasileiro de Minrio de Ferro da ABM - 18 a 21 de setembro de 2007 Salvador BA Brasil.

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XXVI Encontro Nacional de Tratamento de Minrios e Metalurgia Extrativa Poos de Caldas-MG, 18 a 22 de Outubro 2015Moreira, W.R. Fontes de amido aplicveis flotao de minrio de ferro. [Dissertao de Mestrado] (Curso de Ps-Graduao em Engenharia Metalrgica e de Minas). Escola de Engenharia da UFMG, Belo Horizonte, 2012. Turrer, H.D.G. Polmeros depressores na flotao de minrio de ferro. [Tese de Doutorado] (Curso de Ps-Graduao em Engenharia Metalrgica e de Minas). Escola de Engenharia da UFMG, Belo Horizonte, 2007.

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