Tese de mestrado. Engenharia de Minas e Geo-Ambiente. Faculdade de Engenharia. Universidade do Porto. 2009

O uso de aglomerantes na pelotização a quente de minério de ferro visa cumprir duas funções: (1) aumentar a resistência da pelota antes do aquecimento (resistência a verde) e (2) evitar o colapso das pelotas durante a queima, quando a expulsão dos gases gerados pela vaporização de água e de voláteis tende a destruir a pelota. A bentonita é o aglomerante mais empregado industrialmente, e seu mecanismo de ligação no processo de ganho de resistência da pelota já foi amplamente estudado e compreendido. Várias tentativas de substituição da bentonita na pelotização de minério de ferro recorrem ao uso de aglomerantes orgânicos cuja composição apresente propriedades aglomerantes em conjunto com dispersantes. O presente trabalho visou contribuir para o melhor entendimento do mecanismo inerente ao uso de agente coloidisante na aglomeração do material particulado no processo de pelotização, por meio da avaliação da influência dos agentes coloidisantes em comparação aos aglomerantes Peridur® e bentonita no processo de pelotização de concentrado de minério de ferro. Para este fim, foram realizados ensaios de bancada visando a identificação de possíveis ações dos aglomerantes/dispersantes na viscosidade, potencial zeta e grau de dispersão das misturas, bem como a sua influência na liberação/aglomeração dos finos. Os resultados destes parâmetros foram confrontados com os resultados de caracterização das pelotas confeccionadas com os diferentes aglomerantes/ dispersantes pelos quais foi possível identificar que os dispersantes tem forte atuação sobre o conteúdo de finos do concentrado de minério de ferro. A ação principal se dá pela remoção das partículas ultrafinas que recobrem os grãos mais grosseiros presentes na amostra e as dispersam, no caso dos dispersantes, aumentando a disponibilidade do conteúdo de finos <4 µm, principalmente os finos menores que 1 µm (coloides). No caso do aglomerante orgânico, observa-se também essa ação, no entanto, os finos presentes são aglomerados na faixa entre 26 e 4 µm. / The use of binders for iron ore pelletizing is required to: (1) increase the pellet strength before heating (green strength); (2) prevent the collapse of the pellets during firing, when the gases generated by water vaporization could create cracks. Bentonite is the main binder used in industry, and its binding mechanism in iron ore pellets has been widely studied and understood. Efforts to solve the problems of using bentonite in iron ore pelletizing have focused on the use of organic binders whose composition presents dispersant properties. The objective of this study is to evaluate the influence of colloidal agents compared to binders, Peridur® and bentonite, in the pelletizing process of iron ore concentrate aiming to contribute with the understanding the action of these agents in the mechanisms of agglomeration of the pellets. With this goal, bench tests were carried out to identify possible actions of binders/dispersant in the viscosity, zeta potential and degree of dispersion of the mixtures, as well as its influence on the liberation/agglomeration of the fine particles. The results of these parameters were compared with the results of the characterization of the pellets prepared with different binders/dispersants. By this study, it was identified that the dispersant has a strong influence on the fine particle content on the iron ore concentrate. The main action takes place by the removal of ultrafine particles overlying coarser grains in the sample and the scatter, in the case of dispersants, increasing the availability of fine content <4 micrometers. In the case of the organic binder, this action is also observed; however, the fines are agglomerated in the range between 4 and 26 micrometers.

O uso de aglomerantes na pelotização a quente de minério de ferro visa cumprir duas funções: (1) aumentar a resistência da pelota antes do aquecimento (resistência a verde) e (2) evitar o colapso das pelotas durante a queima, quando a expulsão dos gases gerados pela vaporização de água e de voláteis tende a destruir a pelota. A bentonita é o aglomerante mais empregado industrialmente, e seu mecanismo de ligação no processo de ganho de resistência da pelota já foi amplamente estudado e compreendido. Várias tentativas de substituição da bentonita na pelotização de minério de ferro recorrem ao uso de aglomerantes orgânicos cuja composição apresente propriedades aglomerantes em conjunto com dispersantes. O presente trabalho visou contribuir para o melhor entendimento do mecanismo inerente ao uso de agente coloidisante na aglomeração do material particulado no processo de pelotização, por meio da avaliação da influência dos agentes coloidisantes em comparação aos aglomerantes Peridur® e bentonita no processo de pelotização de concentrado de minério de ferro. Para este fim, foram realizados ensaios de bancada visando a identificação de possíveis ações dos aglomerantes/dispersantes na viscosidade, potencial zeta e grau de dispersão das misturas, bem como a sua influência na liberação/aglomeração dos finos. Os resultados destes parâmetros foram confrontados com os resultados de caracterização das pelotas confeccionadas com os diferentes aglomerantes/ dispersantes pelos quais foi possível identificar que os dispersantes tem forte atuação sobre o conteúdo de finos do concentrado de minério de ferro. A ação principal se dá pela remoção das partículas ultrafinas que recobrem os grãos mais grosseiros presentes na amostra e as dispersam, no caso dos dispersantes, aumentando a disponibilidade do conteúdo de finos <4 µm, principalmente os finos menores que 1 µm (coloides). No caso do aglomerante orgânico, observa-se também essa ação, no entanto, os finos presentes são aglomerados na faixa entre 26 e 4 µm. / The use of binders for iron ore pelletizing is required to: (1) increase the pellet strength before heating (green strength); (2) prevent the collapse of the pellets during firing, when the gases generated by water vaporization could create cracks. Bentonite is the main binder used in industry, and its binding mechanism in iron ore pellets has been widely studied and understood. Efforts to solve the problems of using bentonite in iron ore pelletizing have focused on the use of organic binders whose composition presents dispersant properties. The objective of this study is to evaluate the influence of colloidal agents compared to binders, Peridur® and bentonite, in the pelletizing process of iron ore concentrate aiming to contribute with the understanding the action of these agents in the mechanisms of agglomeration of the pellets. With this goal, bench tests were carried out to identify possible actions of binders/dispersant in the viscosity, zeta potential and degree of dispersion of the mixtures, as well as its influence on the liberation/agglomeration of the fine particles. The results of these parameters were compared with the results of the characterization of the pellets prepared with different binders/dispersants. By this study, it was identified that the dispersant has a strong influence on the fine particle content on the iron ore concentrate. The main action takes place by the removal of ultrafine particles overlying coarser grains in the sample and the scatter, in the case of dispersants, increasing the availability of fine content <4 micrometers. In the case of the organic binder, this action is also observed; however, the fines are agglomerated in the range between 4 and 26 micrometers.

O depósito de níquel laterítico de Niquelândia, GO, Brasil, é considerado um dos mais importantes depósitos desta natureza no país, em razão de sua dimensão, seus teores ligeiramente mais elevados e associação com argilominerais. Desde a década de 70, autores como Trescases e Santos já estudavam seus argilominerais detentores de níquel. Este depósito difere dos cubanos e australianos, pois os primeiros têm o níquel associado aos minérios oxidados e os segundos à serpentina. Em Niquelândia, o níquel está associado principalmente às esmectitas e vermiculitas. A existência destes argilominerais ricos em níquel torna o processo hidrometalúrgico aplicado em Niquelândia o menos recomendado, o que pode ser verificado através de perdas significativas de níquel no rejeito, principalmente no que se refere ao minério silicatado. Estas perdas estão relacionadas com a formação de silicatos de magnésio, como piroxênios, anfibólios e olivinas ainda durante o processo de moagem do minério, isto ocorre devido à técnica aplicada para a redução da umidade. A formação destes minerais retém o níquel em suas estruturas, não permitindo que este seja solubilizado na etapa de lixiviação amoniacal. Em Niquelândia, o principal portador de níquel é a esmectita, no entanto, são identificadas esmectitas di e trioctaédricas, quase sempre associadas. Estas variam desde um extremo trioctaédrico rico em níquel, praticamente refratário ao processo Caron, à esmectitas dioctaédricas de ferro, de baixos teores de níquel, mas com boa recuperação junto ao processo. Contudo, predominam no depósito esmectitas di e trioctaédricas de composições variadas de Fe-Mg-Ni, classificadas como montmorillonitas/stevensitas. Uma maneira de minimizar as perdas de recuperação de níquel seria exercer maior controle sobre a alimentação da usina, de forma a reduzir a proporção de minério silicatado do tipo esmectita trioctaédrica, aumentando a proporção de minério oxidado+minério silicatado de esmectitas dioctaédricas. / The nickel lateritic ore from Niquelândia Goiás - is one of the most important and well known Ni lateritic deposits in Brazil. High nickel contents, the deposit dimension and also, their associations with clay minerals are the main reasons for researchers, such as Trescases and Santos, to have studied it in the 1970s. The Cuban and Australian deposits have nickel associated to oxidized ores and serpentine, respectively, but at Niquelandia, nickel is specially associated to smectites and vermiculites. The Caron Process is not the most suitable for treating Ni-bearing clay minerals, as those present in Niquelândia. Consequently, there are many losses related to silicated ore. The reduction temperature used in the Caron process in the reduction step can form minerals, such as pyroxene, amphibole and olivine. These minerals trap Ni inside their structure; hence, the ammoniacal solution can not access this element and solubilize it. The main Ni-bearing clay mineral observed in Niquelândia is smectite. Actually, the silicated ore is composed by a mixture of smectites. One of them is a Ni-trioctahedral one, which is not affected by ammoniacal leaching; however, it has a significant amount of nickel. On the other hand, a dioctahedral Fe-rich smectite, has high Ni recoveries, but its nickel content is lower. Samples composed by a mixture of di and trioctahedrals smectites - Fe-Mg-Ni montmorillonite/stevensite are the most common. Considering all these factors, the losses related to Ni-recoveries can be avoided by a better feed control. The ideal feed should be an oxidized ore + silicate ore composed by dioctahedrals smectites. The Ni trioctahedral smectite should be avoided.

O depósito de níquel laterítico de Niquelândia, GO, Brasil, é considerado um dos mais importantes depósitos desta natureza no país, em razão de sua dimensão, seus teores ligeiramente mais elevados e associação com argilominerais. Desde a década de 70, autores como Trescases e Santos já estudavam seus argilominerais detentores de níquel. Este depósito difere dos cubanos e australianos, pois os primeiros têm o níquel associado aos minérios oxidados e os segundos à serpentina. Em Niquelândia, o níquel está associado principalmente às esmectitas e vermiculitas. A existência destes argilominerais ricos em níquel torna o processo hidrometalúrgico aplicado em Niquelândia o menos recomendado, o que pode ser verificado através de perdas significativas de níquel no rejeito, principalmente no que se refere ao minério silicatado. Estas perdas estão relacionadas com a formação de silicatos de magnésio, como piroxênios, anfibólios e olivinas ainda durante o processo de moagem do minério, isto ocorre devido à técnica aplicada para a redução da umidade. A formação destes minerais retém o níquel em suas estruturas, não permitindo que este seja solubilizado na etapa de lixiviação amoniacal. Em Niquelândia, o principal portador de níquel é a esmectita, no entanto, são identificadas esmectitas di e trioctaédricas, quase sempre associadas. Estas variam desde um extremo trioctaédrico rico em níquel, praticamente refratário ao processo Caron, à esmectitas dioctaédricas de ferro, de baixos teores de níquel, mas com boa recuperação junto ao processo. Contudo, predominam no depósito esmectitas di e trioctaédricas de composições variadas de Fe-Mg-Ni, classificadas como montmorillonitas/stevensitas. Uma maneira de minimizar as perdas de recuperação de níquel seria exercer maior controle sobre a alimentação da usina, de forma a reduzir a proporção de minério silicatado do tipo esmectita trioctaédrica, aumentando a proporção de minério oxidado+minério silicatado de esmectitas dioctaédricas. / The nickel lateritic ore from Niquelândia Goiás - is one of the most important and well known Ni lateritic deposits in Brazil. High nickel contents, the deposit dimension and also, their associations with clay minerals are the main reasons for researchers, such as Trescases and Santos, to have studied it in the 1970s. The Cuban and Australian deposits have nickel associated to oxidized ores and serpentine, respectively, but at Niquelandia, nickel is specially associated to smectites and vermiculites. The Caron Process is not the most suitable for treating Ni-bearing clay minerals, as those present in Niquelândia. Consequently, there are many losses related to silicated ore. The reduction temperature used in the Caron process in the reduction step can form minerals, such as pyroxene, amphibole and olivine. These minerals trap Ni inside their structure; hence, the ammoniacal solution can not access this element and solubilize it. The main Ni-bearing clay mineral observed in Niquelândia is smectite. Actually, the silicated ore is composed by a mixture of smectites. One of them is a Ni-trioctahedral one, which is not affected by ammoniacal leaching; however, it has a significant amount of nickel. On the other hand, a dioctahedral Fe-rich smectite, has high Ni recoveries, but its nickel content is lower. Samples composed by a mixture of di and trioctahedrals smectites - Fe-Mg-Ni montmorillonite/stevensite are the most common. Considering all these factors, the losses related to Ni-recoveries can be avoided by a better feed control. The ideal feed should be an oxidized ore + silicate ore composed by dioctahedrals smectites. The Ni trioctahedral smectite should be avoided.