CONCENTRAÇÃO DE ESCÓRIA METALURGICA DA LIGA F^sub E^S^sub I^M^sub N^ POR MESA CONCENTRADORA WILFLEY

Abstract

ABSTRACT The industrial production of ferro-silico-manganese alloy (FeSiMn) is closely linked to the pyrometallurgical process. The influence of the oscillatory table's parameters was analyzed by the variation of the concentrate content and the mass and metallurgical recoveries. [...]it was found that the amplitude and slope parameters had a lower influence on the content and recovery. [...]the granulometry showed significant variation in metallurgical recovery. [...]it can be concluded that in this study, the configuration that generated a higher efficiency in the concentration process of FeSiMn alloy using a Wilfley oscillating table was: granulometry <125 µm; 2° slope; and amplitude of 14 mm. This configuration showed a metallurgical recovery of approximately 50% of the FeSiMn alloy.

Headnote

Submetido 26/08/2017 - Aceito 13/09/2017

DOI: 10.15628/holos.2017.6247

RESUMO

A produçao industrial da liga metálica ferrosiliciomanganes (FeSiMn) está intimamente ligada ao processo pirometalúrgico. Porém, devido as limitaçoes desse processo, observa-se um elevado percentual da liga FeSiMn nas pilhas de rejeito. Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi escalonar uma rota de recuperaçao utilizando uma mesa oscilatória Wilfley. Para o estudo foi utilizada cerca de 40 kg de escória metalúrgica da liga FeSiMn. Analisaram-se as influencias de 3 parámetros fundamentais da mesa: granulometria (<125µm e >125µm), inclinaçao (2° e 4°) e amplitude (12 e 14 mm). As influencias dos parámetros da mesa oscilatória foram analisadas pela variaçao do teor do concentrado, das recuperaçoes mássica e metalúrgica. Para determinar o teor do concentrado empregou-se a técnica de fluorescencia de raios-X (FRX). Com isso, constatou-se que os parámetros amplitude e inclinaçao apresentaram uma menor influencia sobre o teor e a recuperaçao mássica. No entanto, a granulometria apresentou uma variaçao significativa na recuperaçao metalúrgica. Assim, pode-se concluir que neste estudo a configuraçao que gerou uma maior eficiencia no processo de concentraçao da liga FeSiMn, utilizando a mesa oscilatória Wilfley foi: granulometria <125 |im; inclinaçao de 2°; e amplitude de 14 mm. Essa configuraçao apresentou uma recuperaçao metalúrgica de aproximadamente 50% da liga FeSiMn.

PALAVRAS-CHAVE: Liga FeSiMn, Escoria, Mesa Oscilatória, FRX.

ABSTRACT

The industrial production of ferro-silico-manganese alloy (FeSiMn) is closely linked to the pyrometallurgical process. However, due to limitations in the process a high percentage of FeSiMn alloy is observed in the tailings piles. In this context, the purpose of this work is to stagger a recovery rotation of FeSiMn alloy by using a Wilfley oscillating table. A 40kg slag sample from the FeSiMn alloy was utilized for the study. The influence of three essential parameters of the table were analyzed: granulometry (<125µm and> 125µm), slope (2° and 4°) and amplitude (12 and 14mm). The influence of the oscillatory table's parameters was analyzed by the variation of the concentrate content and the mass and metallurgical recoveries. The X-ray fluorescence (FRX) technique was used to determine the concentrate content. Hence, it was found that the amplitude and slope parameters had a lower influence on the content and recovery. However, the granulometry showed significant variation in metallurgical recovery. Thus, it can be concluded that in this study, the configuration that generated a higher efficiency in the concentration process of FeSiMn alloy using a Wilfley oscillating table was: granulometry <125 µm; 2° slope; and amplitude of 14 mm. This configuration showed a metallurgical recovery of approximately 50% of the FeSiMn alloy.

KEYWORDS: FeSiMn League, Slag, Oscillatory Table, FRX.

1 INTRODUÇAO

O manganes é um elemento de transiçao da família do ferro e representa cerca de 0,1%, em peso, dos constituintes do planeta (WILLS,1992). Depois do ouro e das pedras preciosas, foi o manganes um dos primeiros recursos minerais a despertar interesse no Brasil (ABREU, 1973). Como insumo mineral, tem um papel importante na indústria metalúrgica devido as suas características físico-químicas. Suas aplicaçöes neste setor industrial estao vinculadas a produçao de ferro-ligas, que sao utilizadas para a fabricaçao do aço (GONÇALVES E SERFATY, 1976). Uma das ligas metálicas comumente utilizadas na produçao de aço é a liga ferrosiliciomanganes (FeSiMn). Seu uso está associado a propriedade dessulfurante, e desoxidante, relacionada ao manganes e ao silicio, respectivamente. Essas propriedades sao fundamentais para a produçao de aços mais resistentes (OLSEN E TANGSTAD, 2004). Isso mostra a importância do manganes no setor mineral e em suas aplicaçöes nos produtos metalúrgicos.

Devido as limitaçöes do processo metalúrgico, observa-se um elevado percentual da liga FeSiMn nas pilhas de rejeito (RICHTER, 2009; GALVÄO, 2016). A preocupaçao com os principios de proteçao do meio ambiente e a visao económica de reprocessar materiais de baixo teor, tem gerado um maior aproveitamento desses rejeitos, tanto na mineraçao quanto nas siderúrgicas (REIS, 2005; GALVÄO, 2016). No entanto, para que seja possível o reprocessamento das pilhas de materiais de baixo teor é necessário aumentar a concentraçao do material, para isso é possível utilizar técnicas de concentraçao de materiais. Dentre as técnicas de concentraçao, a gravimétrica é comumente utilizada nessa etapa do processo. Essa técnica é baseada na diferença de densidade existente entre os materiais presentes, utilizando-se de um meio fluido (água ou ar) para que ocorra a efetiva separaçao. A aplicaçao adequada de processos de concentraçao nas plantas siderúrgicas poderá aumentar, potencialmente, o aproveitamento de seus rejeitos. Isso indica que a escolha do método de concentraçao a ser aplicado nas pilhas de rejeito metalúrgico deve satisfazer condiçöes técnicas e económicas ideais para a sua implantaçao (REIS, 2005). Com isso, fica claro a importância do estudo sobre técnicas de concentraçao para o reprocessamento de escoria metalúrgica.

Neste contexto, o objetivo deste trabalho foi determinar os parámetros adequados de uma mesa oscilatória Wilfley, visando a maior concentraçao do material. Para o estudo foi utilizado escoria metalúrgica da liga FeSiMn proveniente da Empresa de Ferro Ligas Marabá. Analisou-se as influencias de 3 parámetros fundamentais da mesa oscilatória: granulometria (<125µm e >125µm), inclinaçao (2° e 4°) e amplitude (12 e 14 mm). Para determinar a influencia dos parámetros da mesa oscilatória foi observado a variaçao do teor do concentrado e das recuperaçöes mássica e metalúrgica. Para avaliar quantitativamente os teores do produto da concentraçao gravimétrica, empregou-se a técnica de fluorescencia de raios X (FRX). Com isso, observou-se que os 3 parámetros analisados apresentaram influencia nos teores de recuperaçao da liga FeSiMn. Pode-se concluir o melhor resultado, ou seja, a maior recuperaçao metalúrgica da liga, cerca de 53%, foi observada utilizando a granulometria <125 µm, a inclinaçao de 2° e a amplitude de 14 mm.

2. MATERIAL E MÉTODOS

2.1. Preparaçao e Caracterizaçao da amostra

Para este estudo, foi utilizada uma amostra de escória da liga FeSiMn de aproximadamente 40 kg, proveniente da Empresa de Ferro Ligas Marabá. A amostra foi britada utilizando britadores de mandíbula e de rolos. O material britado foi classificado entre 2 mm (10 malhas). O produto dessa britagem foi homogeneizado e quarteado em amostras de 4 kg. Essas amostras foram novamente quarteadas em alíquotas de 500 g, as quais foram moídas utilizando um moinho de disco. O produto da moagem foi classificado em 115 µm (120 malhas), gerando 2 alíquotas (<125 µm e >125 µm).

Realizou-se uma caracterizaçao previa das amostras empregando a técnica de microscopia eletrônica de varredura (MEV), analisada por energia dispersiva de raios-X (EDS - Energy Dispersal Spectroscopy). A Figura 1 apresenta o espectro obtido pelo EDS da liga FeSiMn e uma imagem microscópica (ES) da partícula da amostra. Foi observado a presença dos elementos: Ferro (Fe); Aluminio (Al); Manganes (Mn); e Silicio (Si). Isso comprova a presença da liga FeSiMn na amostra estudada.

2.2.Concentraçao Gravimetrica

Para a etapa da concentraçao gravimetrica utilizou-se uma mesa oscilatória, do tipo Wilfley. Foi utilizado cerca de 250g de amostra em cada ensaio. Neste estudo foram avaliados 3 parámetros principais do funcionamento da mesa, os quais sao vinculados a eficiencia do processo de concentraçao: (i) Granulometria; (ii) Amplitude; e (iii) Inclinaçao. Para cada parámetro foi empregado dois valores distintos. A Tabela 1 apresenta as configuraçöes empregadas na mesa em cada ensaio. Alguns parámetros da mesa foram fixados: fluxo de água 60 L/h; frequencia de 360 rµm; e taxa de alimentaçao 1 kg/h. A amostra de escória foi descarregada na mesa em forma de polpa e de forma manual. Utilizando bandejas de aço, coletou-se os produtos da mesa oscilatória, denominadas de concentrado (porçao com maior concentraçao da liga) e de leve (rejeito). Cabe ressaltar que os ensaios da mesa oscilatória foram realizados em duplicata, para garantir a reprodutibilidade dos ensaios. Os resultados obtidos no processo de concentraçao da liga de FeSiMn presente na escória foram analisados percentualmente por recuperaçao mássica e metalúrgica e pelo teor do concentrado.

2.3. Fluorescencia de raios-X

Foi empregado o FRX para analisar, de forma quantitativa, a composiçao das amostras de alimentaçao da mesa oscilatória e das faixas concentradas do produto de cada ensaio. Cada amostra foi adequada a análise, ou seja, sua granulometria foi reduzida a um tamanho de partícula inferior a 75 µm, por meio de almofariz e pistilo.

Uma alíquota de cada amostra foi secada em estufa a 110°C. Uma porçao da alíquota seca foi levada a uma mufla a 1000°C por 2 horas para determinaçao da perda ao fogo. A outra porçao da alíquota foi prensada em cápsulas de aluminio aplicando 30 toneladas de força. As pastilhas prensadas foram analisadas em espectrómetro de fluorescencia de raio-X Rigaku Modelo ZsX Primus II, equipado com tubo de Rh e 7 cristais analisadores. A Tabela 1 apresenta os dados obtidos pela análise FRX.

3. RESULTADOS E DISCUSSÄO

A Figura 2 exibe os resultados dos testes de concentraçao da liga metálica na mesa oscilatória, contendo dados sobre a recuperaçao média em massa e a recuperaçao metalúrgica e o teor médio de Fe presente. Para os ensaios 1 e 5 foram obtidos elevados teores de ferro com altas taxas de recuperaçao em massa, enquanto que menores teores foram obtidos nos ensaios 3 e 7. Na análise do balanço metalúrgico as maiores recuperaçöes ocorreram nos ensaios 5 e 6 e de forma contraria para os ensaios 2 e 8.

As maiores taxas de recuperaçao da liga metálica estiveram relacionadas com menores inclinaçöes da mesa oscilatória, alcançando recuperaçöes metalúrgicas de 52 e 44,66%, para os ensaios 5 e 6, respectivamente. Estes dados corroboram com os trabalhos realizados por Reis (2005) que estudou a recuperaçao de minérios de manganes em mesa oscilatória em ángulos de 3° e 5°. Os resultados obtidos foram de maior recuperaçao em todas as faixas granulométricas estudadas (global, + 0,074 mm e - 0,074 mm) para o ángulo de inclinaçao em 3°. Para o ensaio 2 executado em inclinaçao de 2° a baixa recuperaçao se deu em funçao do estreitamento entre as faixas de concentrado e rejeito provocadas pela baixa aceleraçao longitudinal resultado da menor amplitude (12 mm).

As Figuras 3, 4 e 5 mostram o perfil de distribuiçao das partículas sobre a mesa permitindo avaliar o efeito das variáveis granulometria, inclinaçao e amplitude, respectivamente. Na Figura 3 os ensaios com inclinaçao em 2° e amplitude de 12 mm tiveram reduçao na recuperaçao metalúrgica: de 36,74% para 18,05 % ao mudar de granulometria fina para granulometria grossa.

Na Figura 4 os ensaios com granulometria fina e amplitude de 14 mm tiveram diminuiçao na recuperaçao metalúrgica: de 52,64% para 23,81 % ao variar de uma inclinaçao de 2° para 4°.

Na Figura 5 os ensaios com granulometria grossa e inclinaçao em 4° tiveram diminuiçao na recuperaçao metalúrgica: de 27,07% para 20,53 % ao variar de uma amplitude em 12 mm para 14 mm. Interessante destacar, que para os ensaios 1 e 5, em que ocorreram em granulometria fina e inclinaçao de 2°, o aumento da amplitude promove maior recuperaçao metalúrgica, de 36% para 52%, respectivamente.

Este efeito oposto obtido nos ensaios 1 e 5 nos permite afirmar que em menores indinaçöes e granulometrias mais finas as partículas densas sao as últimas a sofrer o efeito do filme líquido, em contrapartida sao as primeiras a sofrer efeito com o aumento do movimento oscilatório, justificando assim a boa recuperaçao metalúrgica no ensaio 5. De modo contrário utilizando maior inclinaçao o efeito no escorregamento é maior para as partículas grossas densas, quando comparadas com as finas densas, sendo o contrário no movimento oscilatório com menor efeito nas grossas densas do que nas finas densas. Em síntese a explanaçao acima obtida a partir da análise dos trabalhos de Burt (1984) permitem compreender a menor recuperaçao metalúrgica para o ensaio 8.

4. CONCLUSOES

O processo de beneficiamento gravimétrico por mesa oscilatória se mostrou eficiente para a concentraçao da liga metálica de FeSiMn. Destacam-se que as tres variáveis estudadas foram significativas na recuperaçao metalúrgica. Observou-se que os ensaios com granulometria grossa e fina em amplitudes de 14 mm e inclinaçao de 2° promoveram recuperaçöes metalúrgicas de 52% e 44,66%, respectivamente.

Em termos gerais, os resultados dos testes de concentraçao em mesa oscilatória mostraram que a maior recuperaçao metalúrgica da liga de FeSiMn, ocorre com a variável de inclinaçao em 2° e amplitudes mais elevadas.

5. AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem ao laboratório de tratamento de minérios (LTM) da Universidade Federal de Pernambuco pela disponibilidade do espaço para a realizaçao dos ensaios e a empresa Ferro Ligas Marabá (FERMAR) pela doaçao da escória para o estudo.

References

6. REFERENCIAS

ABREU, S.F (1973). Recursos minerais do Brasil. Sao Paulo, SP, Editora Edgard Blucher LTDA, vol.2, Cap.14, p.492-550.

BURT, R.O.; MILLS, C. Gravity Concentration Technology (Developments in Mineral Processing). Elsevier: Volume 5. The Netherlands. Amsterdam 1984.

GONÇALVES, E.; SERFATY, A (1976). Perfil Analítico do Manganes. Departamento Nacional da Produçao Mineral, DNPM, Brasilia, DF, Boletim n° 37, 149 p.

GALVÄO, R. O. Aplicaçao de um planejamento fatorial na recuperaçao de liga metálica (FeSiMn) de escória empregando-se mesa oscilatória do tipo wilfley. Dissertaçao de mestrado, Universidade Federal de Pernambuco (UFPE), Recife, 2016.

OLSEN, S. E. e TANGSTAD, M. Silicomanganese production and process understanding. Tenth International Ferroalloys Congress. Capetown, África do Sul, 2004.

REIS, E. L. Caracterizaçao de residuos provenientes da planta de beneficiamento do minério de manganes sílico carbonatado da RDM-Unidade Morro da Mina. Dissertaçao mestrado, Universidade Federal de Ouro Preto, Ouro Preto, 2005.

RICHTER, D. Uma rota de recuparaçao de metal a partir de escória secundária da produçao de ferroníquel. Dissertaçao de mestrado, Universidade de Sao Paulo (USP), Sao Paulo, 2006.

WILLS, B. A (1992). Mineral processing Technology. Pergamon Press, 53 ediçao, New York, 855 p.