Os profissionais de processamento de minerais devem conhecer: 5 métodos mais básicos de processamento de minerais, os princípios são fáceis de compreender

Para todo profissional ou estudante na área de processamento mineral, uma profunda compreensão e domínio dos métodos básicos de processamento mineral é a chave de ouro para abrir a porta para a expertise profissional. A separação de minerais úteis dos minerais ganga no minério é um passo crítico em todo o processo de desenvolvimento e utilização de recursos minerais. O objetivo do processamento mineral é enriquecer os minerais úteis através de vários métodos, remover impurezas nocivas e fornecer matérias-primas qualificadas para aplicações subsequentes de fundição ou industriais. Este artigo revisa e analisa sistematicamente cinco dos métodos de processamento mineral mais básicos e amplamente utilizados, com o objetivo de ajudar os leitores a construir uma estrutura de conhecimento clara, garantindo uma compreensão clara dos princípios e aplicação direta.

Esses cinco métodos principais são:

•       Separação por Gravidade
•       Flotação
•       Separação Magnética
•       Separação Eletrostática
•       Processamento Químico (Hidrometalurgia)

01 Separação por Gravidade 

A separação por gravidade (abreviada como separação por gravidade) é uma das tecnologias de processamento mineral mais antigas, com sua aplicação datando de milhares de anos atrás na mineração de ouro. Hoje, a separação por gravidade continua importante no processamento de tungstênio, estanho, ouro, minério de ferro e carvão, devido ao seu baixo custo, mínimo impacto ambiental e alta capacidade de processamento.

Princípio Central:

A separação por gravidade é fundamentalmente baseada nas diferenças de densidade entre os minerais. Quando as partículas minerais estão em um meio em movimento (principalmente água ou ar), elas estão sujeitas aos efeitos combinados da gravidade, dinâmica de fluidos e outras forças mecânicas. Partículas de alta densidade sedimentam rapidamente e se depositam nas camadas inferiores do equipamento, enquanto partículas de baixa densidade sedimentam lentamente e se depositam nas camadas superiores. Equipamentos e fluxos de processo específicos podem separar esses dois grupos de densidade. O tamanho e a forma das partículas também influenciam o processo de separação, por isso, o controle rigoroso do tamanho das partículas do material de entrada é frequentemente necessário na prática.

Condições aplicáveis:

• Existe uma diferença significativa de densidade entre os minerais, que é o pré-requisito para a operação eficaz da separação por gravidade.
• Pode lidar com uma ampla gama de tamanhos de partículas e é particularmente bom no processamento de minérios de grão grosso que são difíceis de processar com outros métodos. 
•  É adequado para o processamento de ouro e estanho, wolframita, hematita e carvão.

Equipamento principal:

• Jig: Solta a camada do leito e a separa em camadas de acordo com a densidade através do fluxo de água alternado verticalmente periódico. É comumente usado para processar minérios e carvão de tamanho médio e grosso.
•  Mesa vibratória: Em um leito inclinado, utiliza o movimento recíproco diferencial do fluxo de água e da superfície do leito para soltar e separar as partículas do minério em camadas e realizar a separação zonal. É adequado para a separação de minérios de grão fino.
• Calha espiral/concentrador espiral: Utiliza os efeitos combinados da gravidade, força centrífuga e fluxo de água para separar a polpa do minério à medida que flui na calha espiral. É adequado para o processamento de materiais de grão fino com um tamanho de partícula de 0,03 mm a 0,6 mm. 
•  Separador de meio denso: Utiliza uma suspensão pesada com uma densidade entre minerais úteis e ganga como meio de separação. As partículas de minério com uma densidade menor que o meio flutuam, enquanto aquelas com uma densidade maior que o meio afundam, alcançando uma separação precisa.

02 Flotação

A flotação é um dos métodos de processamento mineral mais amplamente utilizados, particularmente no processamento de metais não ferrosos (cobre, chumbo, zinco), metais preciosos (ouro, prata) e vários minérios não metálicos.

Princípios Centrais:

A flotação explora as diferenças nas propriedades físicas e químicas das superfícies minerais—nomeadamente, sua flutuabilidade variável (hidrofobicidade). Adicionando uma série de agentes de flotação específicos a uma polpa totalmente moída, essas propriedades de superfície podem ser alteradas artificialmente.

1. Reguladores ajustam o pH da polpa, entre outros fatores, para criar um ambiente ideal para que outros agentes funcionem.

2. Coletores adsorvem seletivamente na superfície do mineral alvo, tornando-o hidrofóbico (não molhável pela água).

3. Espumantes reduzem a tensão superficial da água, gerando um grande número de bolhas estáveis de tamanho ideal.

Após o tratamento com o reagente, as partículas minerais alvo hidrofóbicas aderem seletivamente às bolhas e flutuam para a superfície da polpa, formando uma camada de espuma mineralizada. Os minerais ganga hidrofílicos, por outro lado, permanecem na polpa. A espuma é raspada com um raspador para obter o concentrado enriquecido.

Condições aplicáveis:

• Adequado para o processamento de vários minérios de sulfeto com tamanho de partícula fino e composição complexa, como cobre, chumbo, zinco, níquel, molibdênio e outros minérios. 
• Amplamente utilizado na separação de minérios de óxido, minérios não metálicos (como fluorita, apatita) e minérios de metais preciosos.
• A flotação é um método extremamente eficaz para separar minerais com densidade semelhante e sem diferença óbvia nas propriedades magnéticas e elétricas.

Elementos-chave (sistema de reagentes):

A eficácia da flotação depende muito do sistema de reagentes correto, incluindo tipo de reagente, dosagem, ordem de adição e localização.

• Coletores: Esses agentes, como xantatos e nitroglicerinas, são essenciais para alcançar a hidrofobicidade. 
• Espumantes: Esses agentes, como óleo de pinho (óleo nº 2), são responsáveis por criar espuma estável. 
• Ajustadores: Esses agentes incluem ativadores (como sulfato de cobre), inibidores (como cal e cianeto) e ajustadores de pH, usados para aumentar ou diminuir a flutuabilidade dos minerais e melhorar a seletividade da separação.

03 Separação Magnética

A separação magnética é um método físico que utiliza a diferença magnética dos minerais para classificação. O processo é simples e geralmente não causa poluição ambiental. Desempenha um papel indispensável na seleção de minérios de metais ferrosos (especialmente minério de ferro). Também é amplamente utilizado para remover impurezas contendo ferro ou recuperar substâncias magnéticas de outros minerais.

Princípio central:

Quando as partículas de minério passam pelo campo magnético irregular gerado pelo separador magnético, as partículas de minério com diferentes propriedades magnéticas estarão sujeitas a forças magnéticas de diferentes magnitudes. 

• Minerais fortemente magnéticos (como magnetita) serão atraídos pela forte força magnética e adsorvidos à superfície do polo magnético (como o tambor magnético). Com o movimento do polo magnético, eles são levados para a posição designada, deixam o campo magnético e caem para se tornarem concentrados. 
• Minerais não magnéticos ou fracamente magnéticos (como quartzo e algumas gangas) estão sujeitos a pouca ou quase nenhuma força magnética. Sob a ação da gravidade e da força centrífuga, eles se movem ao longo do caminho original e se tornam rejeitos.

Condições aplicáveis:

• Classificação de magnetita: A separação magnética é o método mais importante e eficiente para processar magnetita.
• Classificação de outros minerais magnéticos: Também pode ser usado para classificar minério de manganês, cromita, ilmenita e alguns minerais de metais raros com magnetismo fraco (como wolframita).
• Remoção de ferro: Na purificação de matérias-primas minerais não metálicas, como cerâmica e vidro, é usado para remover impurezas de ferro prejudiciais para melhorar o brilho do produto.
• Recuperação de meio denso: Na preparação de carvão ou minério de meio denso, é usado para recuperar materiais pesados magnéticos, como pó de magnetita.

Equipamento principal:

Existem muitos tipos de separadores magnéticos. De acordo com a intensidade do campo magnético, eles podem ser divididos em separadores magnéticos de campo magnético fraco, campo magnético médio e campo magnético forte; de acordo com a estrutura do equipamento, eles podem ser divididos em tipo tambor, tipo rolo, tipo disco e tipo coluna de separação magnética.

• Separador magnético de tambor de ímã permanente: O mais amplamente utilizado, frequentemente usado para processar magnetita fortemente magnética, e dividido em tipos de co-corrente, contra-corrente e semi-contra-corrente de acordo com a direção do fluxo da polpa. 
• Separador magnético de alto gradiente: Pode gerar um forte gradiente de campo magnético, que é usado para classificar minerais fracamente magnéticos ou remover impurezas de ferro de grão fino. • Polia magnética/tambor magnético: Comumente usado para pré-seleção a seco para remover grandes pedaços de ferro antes que o material entre no britador para proteger o equipamento.

04 Separação Elétrica

A separação eletrostática utiliza as diferenças nas propriedades condutivas dos minerais para separá-los em um campo elétrico de alta voltagem. Este método de separação a seco é particularmente adequado para áreas com escassez de água. Embora não seja tão amplamente utilizado quanto os três métodos anteriores, desempenha um papel insubstituível na separação de certas combinações minerais, como scheelita de cassiterita e zircônio de rutilo.

 Princípio Central:

O processo de separação eletrostática envolve principalmente duas etapas: carregamento e separação.Quando as partículas minerais pré-aquecidas e secas entram no campo elétrico de alta voltagem formado por eletrodos de corona e rolos rotativos: 

• Minerais condutores (como ilmenita e cassiterita) adquirem rapidamente uma carga elétrica e a dissipam rapidamente devido ao contato com os rolos aterrados. Após perderem sua carga, são lançados dos rolos pela força centrífuga e gravidade. 
• Minerais não condutores (como zircônio e quartzo) têm baixa condutividade e são difíceis de dissipar após adquirir uma carga elétrica. Eles são atraídos para a superfície do rolo por forças eletrostáticas, movendo-se para a parte traseira do rolo à medida que o rolo gira e, em seguida, sendo varridos por escovas.Como os dois minerais têm caminhos de movimento significativamente diferentes, a separação é alcançada. 

Condições aplicáveis:

• Deve haver diferenças significativas na condutividade elétrica entre os minerais. Minerais condutores comuns incluem magnetita, ilmenita, cassiterita, etc.; minerais não condutores incluem quartzo, zircônio, feldspato, scheelita, etc. 
• Comumente usado na seleção de metais não ferrosos, metais ferrosos e minérios de metais raros, especialmente para separar minerais associados de concentrados mistos de separação por gravidade ou separação magnética. 
• Os materiais a serem selecionados devem ser estritamente secos, limpos e de tamanho de partícula uniforme. 

Equipamento principal: 

• Separador eletrostático de rolo: É o equipamento de separação eletrostática mais comumente usado, que consiste em um rolo aterrado rotativo e um eletrodo de corona de alta voltagem para formar uma área de trabalho.
• Separador eletrostático de placa/tela: É usado para processar materiais com diferentes faixas de tamanho de partícula.

05 Beneficiamento Químico de Minérios / Hidrometalurgia

O beneficiamento químico de minérios, frequentemente associado ao conceito de hidrometalurgia, utiliza reações químicas para alterar as fases físicas dos componentes minerais, separando assim os componentes úteis das impurezas. Este método é particularmente adequado para o processamento de minérios de baixo grau, complexos e finamente impregnados, como óxido de cobre, ouro e minérios de urânio, que são difíceis de separar usando métodos tradicionais de separação física.

 Princípio Central:

 Seu cerne é a lixiviação seletiva. Usando um solvente químico específico (lixiviante), sob condições específicas de temperatura e pressão, o metal alvo ou seus compostos no minério são dissolvidos seletivamente em uma solução, enquanto os minerais ganga permanecem na fase sólida (resíduo de lixiviação).

As principais etapas incluem:

      1. Lixiviação: O minério é tratado com um agente de lixiviação, como um ácido (como ácido sulfúrico), um álcali (como hidróxido de sódio) ou uma solução salina (como cianeto) para liberar o metal útil na fase líquida. 

      2. Separação líquido-sólido: A solução rica em metal alvo (lixiviado) é separada do resíduo de lixiviação.

      3. Purificação e enriquecimento da solução: Use precipitação, extração por solvente ou troca iônica para remover íons de impureza na solução e aumentar a concentração do metal alvo.

      4. Recuperação de metal: Extraia o produto final de metal ou seu composto da solução purificada por eletrólise, deslocamento ou precipitação.

Condições aplicáveis:

• Processamento de minérios de óxido de baixo grau: Por exemplo, o processo de lixiviação ácida-extração-eletrólise para minérios de óxido de cobre de baixo grau. 
• Extração de metais preciosos: Por exemplo, o método de lixiviação por cianeto para minérios de ouro é o processo de extração de ouro mais amplamente utilizado. 
• Processamento de minérios complexos e difíceis de separar: Para minérios com propriedades físicas semelhantes e relações complexas intercaladas, o beneficiamento químico é frequentemente a única maneira eficaz. 
• Recuperação de metal de resíduos: Tem amplas perspectivas em áreas como reciclagem de baterias e tratamento de resíduos eletrônicos. 

Processos típicos:

• Extração de ouro por cianeto: Use solução de cianeto de sódio para dissolver o ouro no minério e, em seguida, substitua o ouro por pó de zinco.
• Lixiviação ácida de cobre: Lixivie o minério de óxido de cobre com ácido sulfúrico diluído para obter uma solução de sulfato de cobre, que é então extraída e eletrolisada para obter cobre catódico de alta pureza. 
•  Processo Bayer para produção de alumina: Tratar a bauxita com solução de hidróxido de sódio sob condições aquecidas e pressurizadas é um processo hidrometalúrgico clássico para produzir alumina.

Os cinco métodos fundamentais de separação mineral—separação por gravidade, flotação, separação magnética, separação eletrostática e separação química—formam a pedra angular da tecnologia moderna de processamento mineral. Cada método tem seus próprios princípios científicos e escopo de aplicação exclusivos. Na produção real, os engenheiros de processamento mineral geralmente precisam selecionar flexivelmente um único método ou combinar vários métodos com base nas propriedades específicas do minério (como composição mineral, características de disseminação e propriedades físicas e químicas), indicadores técnicos e econômicos e requisitos de proteção ambiental para desenvolver o processo de processamento mineral ideal, alcançando assim o desenvolvimento eficiente, econômico e verde dos recursos minerais. Uma profunda compreensão e domínio desses princípios fundamentais é fundamental para que todo engenheiro de processamento mineral resolva problemas práticos e promova a inovação tecnológica.