MINERALOGIA, CALCINAÇÃO E NOVA CLASSIFICAÇÃO TIPOLÓGICA DE MINÉRIOS DE MANGANÊS SÍLICO-CARBONATADOS

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  UFOP - CETEC - UEMG

REDEMAT

R EDE T

  EMÁTICA EM E NGENHARIA DE M ATERIAIS

UFOP – CETEC – UEMG

  Dissertação de Mestrado MINERALOGIA, CALCINAđấO E NOVA CLASSIFICAđấO TIPOLốGICA DE MINÉRIOS DE MANGANÊS SÍLICO-CARBONATADOS

  Autor: Nívea Cristina da Silva Viana

Orientador: Prof. Dr. Fernando Gabriel da Silva Araújo

Co-orientador: Prof. Dr. Cláudio Batista Vieira

  Outubro de 2009 REDEMAT EDE EMÁTICA EM NGENHARIA DE ATERIAIS R T E M UFOP - CETEC - UEMG UFOP – CETEC – UEMG

  

Nívea Cristina da Silva Viana

“Mineralogia, Calcinação e Nova Classificação Tipológica de Minérios de Manganês Sílico- Carbonatados”

  Dissertação de Mestrado apresentada ao Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais da REDEMAT, como parte integrante dos requisitos para a obtenção do título de Mestre em Engenharia de Materiais.

  Área de concentração: Análise e Seleção de Materiais Orientador: Prof. Dr. Fernando Gabriel da Silva Araújo Co-orientador: Prof. Dr. Cláudio Batista Vieira

  Ouro Preto, outubro de 2009

  V614m Viana, Nívea Cristina da Silva.

  Mineralogia, calcinação e nova classificação tipológica para minério de manganês sílico-carbonatados [manuscrito] / Nívea Cristina da Silva Viana. – 2009. xv, 156f.: il. color., grafs., tabs., mapas, fotos. Orientador: Prof. Dr. Fernando Gabriel Araújo. Co-orientador: Prof. Dr. Cláudio Batista Vieira. Dissertação (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas. Rede Temática em Engenharia de Materiais. Área de concentração: Análise e seleção de materiais.

  1. Minérios de manganês - Teses. 2. Minerais silicatados - Teses.

  3. Calcinação (Metalurgia) - Teses. I. Universidade Federal de Ouro Preto.

  II. Título.

  CDU: 622.341 Catalogação: sisbin@sisbin.ufop.br iii iv

  DEDICATÓRIA

  Aos meus pilares mamãe, papai, Vi e João e aos meus amores Deiwys e Isabela.

  

AGRADECIMENTOS

  A Empresa Vale Manganês S.A. nas pessoas do Ricardo Cordeiro, João Paes, Fernanda Tarbes e Tágides Ferreira pela idealização, organização e patrocínio do projeto e ao Gustavo Fontes pelo apoio durante o período de estudo.

  Ao orientador Fernando Gabriel da Silva Araújo e co-orientador Cláudio Batista Vieira pelas discussões e contribuições técnicas. Aos colegas de trabalho Edson Alves e Hélio Rodrigues pelo apoio na coleta das amostras; André Chaves pela ajuda durante os ensaios de tamboramento e Joel, Heli, José Lopes, Amarildo e Haroldo pela preparação e análise química das amostras. Ao Prof. César Mendonça pelos ensinamentos na fase de caracterização mineralógica. Ao Departamento de Engenharia Metalúrgica da Universidade Federal de Ouro Preto na pessoa do Prof. Versiane pela utilização dos equipamentos do laboratório de Hidrometarlugia. Ao laboratorista Vanderlei do laboratório de difratometria de raios-X do departamento de geologia pelas análises e apoio interpretação dos resultados. Ao Laboratório de Microscopia eletrônica e análise de imagem do Departamento de Geologia, Ufop na pessoa do Professor Leonardo Lagoeiro pelo apoio nas análises de EDS. Ao laboratório de Geoquímica Ambiental do Departamento de Geologia da UFOP na pessoa do Prof. Hermínio pela realização das análises químicas da amostras. Ao prof. Fernando Krüger pelas contribuições na fase de definição do fluxograma dos ensaios de calcinação. Ao técnico Ediron do CT3 pela seriedade demonstrada na fase de preparação das amostras. Ao laboratorista Graciliano no apoio durante os ensaios de calcinação e tamboramento Aos amigos Érica e Geraldo pela amizade e pelas contribuições em todas as fases do estudo.

  A bolsista Carolina Guimarães pela ajuda imprescindível na realização dos ensaios. Aos colegas de trabalho e estudo durante a primeira etapa dos estudos no curso de especialização em materiais com ênfase em ferro ligas.

  A minha mãe Vanda, pai João e irmãos Vinícius e João Lucas pela sustentação e apoio em todos os momentos. Aos meus familiares pela força e orações. Ao Deiwys pelo carinho diário e Isabela, que nasceu no decorrer do estudo, por inundar a minha vida de magia. A Leila, por cuidar e proteger da Isabela como uma filha na minha ausência. v

  A Deus por colocar tantas pessoas especiais na minha caminhada que me ajudaram a alcançar mais uma etapa. vi

  

SUMÁRIO

DEDICATÓRIA ............................................................................................... iii

AGRADECIMENTOS....................................................................................... v

SUMÁRIO ....................................................................................................... vii

LISTA DE FIGURAS ...................................................................................... ix

LISTA DE TABELAS .................................................................................... xiii

RESUMO ....................................................................................................... xiv

RESUMO ....................................................................................................... xiv

ABSTRACT ..................................................................................................... xv

  1 INTRODUđấO ........................................................................................ 16

  

2 OBJETIVOS............................................................................................. 17

  

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA.................................................................. 18

  3.1 Manganês..............................................................................................................18

  3.2 Ferro Ligas............................................................................................................21

  3.2.1 Equipamentos................................................................................................24

  3.2.2 Zonas dos FER´s ...........................................................................................26

  3.3 Geometalurgia.......................................................................................................28

  3.3.1 Caracterização e classificação de minérios.....................................................31

  3.3.2 Característica da matéria prima fonte de manganês........................................33

  3.4 Classificação dos depósitos de manganês ..............................................................34

  3.4.1 Mina de manganês – Morro da Mina .............................................................36

  3.5 Mineralogia do manganês......................................................................................40

  

4 METODOLOGIA E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL .................. 43

  4.1 Coleta de amostras ................................................................................................43 vii

  4.2 Preparação das amostras........................................................................................46

  4.3 Descrição e quantificação das espécies minerais....................................................49

  4.4 Ensaios de Calcinação e Tamboramento................................................................51

  

5 RESULTADOS E ANÁLISE DOS DADOS............................................. 54

  5.1 Análise Química e BET.........................................................................................54

  5.2 Mineralogia...........................................................................................................58

  5.2.1 Granada.........................................................................................................59

  5.2.2 Carbonato......................................................................................................62

  5.2.3 Olivina ..........................................................................................................65

  5.2.4 Piroxenóides..................................................................................................66

  5.2.5 Alabandita .....................................................................................................69

  5.2.6 Minerais Ganga .............................................................................................70

  5.3 Quantificação Mineralógica ..................................................................................72

  5.4 Ensaios físicos ......................................................................................................77

  5.5 Análise dos Dados.................................................................................................81

  

6 CONCLUSÕES ........................................................................................ 92

  

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS ..................................... 95

  

8 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS ..................................................... 96

ANEXOS

  viii

  

LISTA DE FIGURAS

Figura 3-1 - Diagrama de Gibbs ilustrando que o oxigênio apresenta maior afinidade com o manganês e com a

sílica, quando comparadas ao ferro. Referência Tangstad, 2006...................................................................... 19

Figura 3-2 - Croqui ilustrativo evidenciando a diferença na microestrutura do aço na presença de FeS e MnS.

Adaptado de Tangstad, 2006. .......................................................................................................................... 20

Figura 3-3 - Diagrama de Gibbs mostrando a formação de sulfetos. Destaque para a maior afinidade do enxofre

com o manganês quando comparado ao ferro (Tangstad, 2006) ...................................................................... 20

Figura 3-4 – Esquema ilustrando os grandes grupos de ligas de ferro-manganês. Adaptado de Tangstad 2006 22

Figura 3-5 - Gráfico ilustrando a energia de Gibbs das reações de redução dos principais constituintes dos

minérios de manganês..................................................................................................................................... 23

Figura 3-6 – Gráfico mostrando a relação entre diâmetro, largura e potência dos fornos elétricos.................. 25

Figura 3-7 - Representação esquemática de um forno elétrico de redução (Silveira e Almeida, 1987) .............. 26

Figura 3-8 - Figura esquemática destacando as diferentes zonas do forno elétrico de redução. (relatório

interno)........................................................................................................................................................... 27

Figura 3-9 - Figura esquemática ilustrando a geometria das zonas, velocidade de transferência de calor e

massa e principais reações. Adaptado de Olsen, 2007 e Tangstag 2006 ........................................................... 28

Figura 3-10 – Imagem com a visualização da mina de manganês de Morro da Mina – Vale Manganês............ 36

Figura 3-11 - Mapa geológico com destaque para os corpos de minério silico carbonatado (em vermelho).

[Araújo et. al., 2005] ...................................................................................................................................... 38

Figura 4-1- Mapa geológico com destaque para os corpos de minério silico carbonatado e os pontos

amostrados por litologia. Adaptado de Araújo et. al., 2005.............................................................................. 44

Figura 4-2 – Fotografias ilustrando a coleta de alíquotas de minério silico-carbonatado em diferentes pontos da

mina. .............................................................................................................................................................. 45

Figura 4-3 - Fluxograma do processamento da amostra global para preparação destas para as diferentes

análises. ......................................................................................................................................................... 48

Figura 4-4 - Trajetória utilizada para quantificação das partículas de uma lâmina delgada. ........................... 50

Figura 4-5 – A – Foto ilustrando o agitador utilizado para peneirar as amostras antes e após o tamboramento.

B – Equipamento utilizado para fazer o ensaio de tamboramento. ................................................................... 52

Figura 4-6 – Fluxograma descrevendo o processo de tamboramento que as amostras naturais e calcinadas

foram submetidas............................................................................................................................................ 52

Figura 5-1 - Volume de poros por tipologia de minérios de manganês carbonatado de Morro da Mina............ 55

Figura 5-2 – Umidade das amostras tipológicas de minério de manganês, classificadas por faixas

granulométricas.............................................................................................................................................. 55

Figura 5-3 – Teor de manganês nas amostras tipológicas de minérios de manganês classificados por faixa

granulométrica ............................................................................................................................................... 57

  ix

  Figura 5-4 – Teor de SiO nas amostras tipológicas de minérios de manganês classificados por faixa

  2

granulométrica. .............................................................................................................................................. 57

Figura 5-5 Fotos macroscópicas das rochas de minério de manganês de Morro da Mina. A – Minério de

primeira; B – Minério de Segunda ; C – Minério de Terceira .......................................................................... 58

Figura 5-6 - Variações nas substituições entre as diferentes moléculas de espessartita, grossularita e piropo nas

amostras de minério de Morro da Mina. Total: 73 análises. Triângulos vermelhos – Minério de primeira;

Quadrados rosa – minério de segunda; Losangos azuis – minério de terceira.................................................. 60

Figura 5-7 - Fotomicrografias ilustrando as características da espessartita. Largura das fotomicrografias: 500

µm. A – Partícula composta essencialmente por granada; luz transmitida, nicóis paralelos. B – Partícula onde

se observam microintrusões nos grãos de granada; luz transmitida, nicóis cruzados. C e D – Partículas onde os

cristais de espessartita encontram-se como inclusões em outras fases minerais, luz transmitida, nicóis cruzados.

  

....................................................................................................................................................................... 61

Figura 5-8 - Distribuição dos tamanhos dos grãos da espessartita nas amostras tipológicas de minério de

manganês ....................................................................................................................................................... 62

Figura 5-9 - Variações nas substituições entre os diferentes cristais de rodocrosita nas amostras de minério de

manganês de Morro da Mina. Total: 65 análises. Triângulos vermelhos – Minério de primeira; Quadrados rosa

  • – minério de segunda; Losangos azuis – minério de terceira............................................................................ 63

    Figura 5-10 - Fotomicrografias ilustrando as características da rodocrosita. Largura das fotomicrografias 500

    µm. A – Partícula constituída por cristais granoblásticos de rodocrosita luz transmitida, nicóis cruzados. B –

    Partícula onde se observa a presença de rodocrosita preenchendo as fraturas, luz transmitida, nicóis cruzados.

  

....................................................................................................................................................................... 64

Figura 5-11 - Distribuição do tamanho do diâmetro dos grãos de rodocrosita nas amostras tipológicas do

minério de manganês (RDC - Rodocrosita) ..................................................................................................... 64

Figura 5-12 - Variações nas substituições entre as diferentes cristais de tefroíta nas amostras de minério de

Morro da Mina. Total: 46 análises . Triângulos vermelhos – Minério de primeira; Quadrados rosa – minério de

segunda; Losango azuis – minério de terceira ................................................................................................. 65

Figura 5-13 - Fotomicrografias ilustrando as características da tefroíta. Largura das fotomicrografias: 500 µm.

A – Partícula composta essencialmente por tefroíta com inclusões de espessartita; luz transmitida, nicóis cruzados. B – Partícula onde se observa a substituição de porções da tefroíta por carbonato. E anfibólio; luz

transmitida, nicóis cruzados............................................................................................................................ 66

Figura 5-14 Variações nas substituições entre os diferentes cristais de rodonita nas amostras de minério de

Morro da Mina. Total: 42 análises. Triângulos vermelhos – Minério de primeira; Quadrados rosa – minério de

segunda; Losango azuis – minério de terceira ................................................................................................. 68

Figura 5-15 - Fotomicrografias ilustrando as características da rodonita. Largura das fotomicrografias: 500 µm. A – Partícula composta essencialmente por um cristal de rodonita poiquiloblástico com inclusões de granadas e alterações para anfibólio; luz transmitida, nicóis cruzados. B – Partícula onde se observa a

clivagem características dos piroxênios/piroxenóides; luz transmitida, nicóis cruzados. .................................. 68

Figura 5-16 - Distribuição de tamanho de partícula da rodonita/tefroíta nos minérios de manganês de Morro

da Mina. (RDTF – Rodonita e Tefroíta)........................................................................................................... 69

Figura 5-17 - Fotomicrografias ilustrando as características da alabandita. Largura das fotomicrografias: 400

µm. A – Partícula ilustrando cristais de alabandita entre os cristais de granada e rodocrosita; luz refletida. B –

Partícula onde se observa o formato isomorfo dos cristais de alabandita; luz refletida. ................................... 70

Figura 5-18 - Fotomicrografias ilustrando as características grafita. As setas ilustram a textura degussada. Luz

refletida. Largura da fotomicrografia: 250 µm. ............................................................................................... 70

  x

  Figura 5-19 - Fotomicrografias ilustrando as características da grunerita. As setas ilustram a textura

degussada. Luz transmitida, nicóis paralelos. Largura da fotomicrografia: 500µm. ......................................... 71

Figura 5-20 - Fotomicrografia ilustrando as características da mica. A seta ilustra a característica subédrica.

Luz transmitida, nicóis paralelos. Largura da fotomicrografia: 500µm. ........................................................... 71

Figura 5-21 – Distribuição do tamanho dos grãos dos minerais ganga presentes nos minérios de manganês de

Morro da Mina. (GG – Minerias Ganga)......................................................................................................... 72

Figura 5-22 - Número de microanálises eletrônicas por EDS em cada mineral majoritário dos tipos de minério

de manganês de Morro da Mina...................................................................................................................... 74

Figura 5-23 - Teores de manganês nas diferentes fases minerais majoritárias dos tipos de minérios de manganês

de Morro da Mina, determinados por microssonda eletrônica com EDS. ......................................................... 75

Figura 5-24 – Composição mineralógica por faixa granulométrica do minério de manganês de Primeira de

Morro da Mina. .............................................................................................................................................. 75

Figura 5-25 - Composição mineralógica por faixa granulométrica do minério de manganês de Segunda de

Morro da Mina. .............................................................................................................................................. 76

Figura 5-26 - Composição mineralógica por faixa granulométrica do minério de manganês de Terceira de

Morro da Mina. .............................................................................................................................................. 76

Figura 5-27 – Perda de massa durante a calcinação de sinter feed das tipologias de minérios de manganês

sílioc- carbonatado de Morro da Mina. ........................................................................................................... 77

Figura 5-28 - Perda de massa durante a calcinação de granulados das tipologias de minérios de manganês

silico carbonatado de Morro da Mina, ............................................................................................................ 77

Figura 5-29 – Resultados de PPC em amostras naturais e calcinadas de sinter feed do minério sílico-

carbonatado de Morro da Mina ...................................................................................................................... 78

Figura 5-30 - Resultados de PPC em amostras naturais e calcinadas de granulado do minério sílico-

carbonatado de Morro da Mina ...................................................................................................................... 78

Figura 5-31 – Teor de manganês das amostras de sinter feed naturais e calcinadas......................................... 79

Figura 5-32 - Teor de manganês das amostras de granulado naturais e calcinadas. ........................................ 79

Figura 5-33 - Percentual de finos (<0,15mm) gerados após o tamboramento nas amostras naturais e calcinadas

de sinter feed dos tipos de minérios de manganês sílico-carbonatado de Morro da Mina.................................. 80

Figura 5-34 - Percentual de finos (< 6,3mm) gerados após o tamboramento nas amostras naturais e calcinadas

de granulados dos tipos de minérios de manganês sílico-carbonatado de Morro da Mina. ............................... 81

Figura 5-35 – Percentual em peso de rodocrosita e teor de SiO em minérios de manganês carbonatados de

  2 Morro da Mina. .............................................................................................................................................. 83

Figura 5-36 - Percentual em peso de rodocrosita e a variável PPC em minérios de manganês carbonatados de

Morro da Mina. .............................................................................................................................................. 83

Figura 5-37 – Percentual em peso de espessartita e teor de Al O em minérios de manganês carbonatados de

  2

  3 Morro da Mina. .............................................................................................................................................. 84 Figura 5-38 - Percentual em peso de silicatos de manganês e teor de SiO 2 em minérios de manganês

carbonatados de Morro da Mina. .................................................................................................................... 85

Figura 5-39 – Participação em peso das diferentes fases minerais em minérios de manganês carbonatados de

Morro da Mina. .............................................................................................................................................. 87

  xi

  Figura 5-40 – Concentração máxima teórica em manganês em minérios de manganês carbonatados de Morro

da Mina, com eliminação completa da ganga. ................................................................................................. 88

Figura 5-41 – Valor de PPC natural, teor de rodocrosita e geração de finos após calcinação a 900º em minérios

de manganês carbonatado de Morro da Mina.................................................................................................. 89

Figura 5-42 – Fotografia ilustrando a degradação superficial nos fragmentos de minério calcinado devido à fragilidade adquirida no processo de calcinação, em minérios de manganês carbonatados de Morro da Mina.

Minério de Segunda classificado na faixa do granulado e calcinado a 800ºC................................................... 90

Figura 5-43 – Relação entre variáveis dos minérios de primeira e segunda e de terceira e proposta para a nova

classificação tipológica................................................................................................................................... 91

  xii

  

LISTA DE TABELAS

Tabela 3-1 – Tabela sumarizada sobre as características químicas das ligas referentes a diferentes empresas.

  

Fonte: Olsen et. al., 2007................................................................................................................................ 23

Tabela 3-2 - Fatores geológicos / mineralógicos críticos para o processamento mineral e correlação com as

operações metalúrgicas [Hazhizume et. al., 2005]........................................................................................... 32

Tabela 3-3 - Classificação dos minérios de manganês[Maranhão, 1985]......................................................... 33

Tabela 4-1– Tabela descrevendo o volume de cada alíquota coletada em cada pilha de produto acabado de

granulado para formar a amostra ................................................................................................................... 45

Tabela 4-2 - Tabela descrevendo o volume de cada alíquota coletada em cada pilha de produto acabado fino

para formar a amostra.................................................................................................................................... 46

Tabela 5-1 – Teor dos principais elementos químicos das amostras tipológicas e de produtos de minérios de

manganês de Morro da Mina .......................................................................................................................... 56

Tabela 5-2 – Resultados de análise química das amostras tipológicas de minério de manganês classificadas por

faixas granulométricas.................................................................................................................................... 56

Tabela 5-3 Percentuais em volume das fases minerais presentes nas amostras de minério de manganês de Morro

da Mina, quantificados por microscopia óptica. .............................................................................................. 73

Tabela 5-4 - Teores de manganês dos minérios de Morro da Mina resultantes de análises químicas e dos

cálculos através da quantificação por mineralogia.......................................................................................... 73

Tabela 5-5 – Estatística básica do teor de manganês nos minerais minério predominantes .............................. 82

  xiii

  

RESUMO

  O minério de Morro da Mina é formado por silicatos e carbonato de manganês, com predominância dos silicatos. Foram realizadas análises de BET, umidade, granulometria, química, mineralogia, PPC, calcinação e tamboramento para amostras tipológicas de Morro da Mina classificadas em granulado e sinter feed. Os minerais minério encontrados são rodocrosita, rodonita, tefroíta, alabandita, espessartita e os minerais ganga são grafita, anfibólio, micas e alguns sulfetos. Os silicatos rodonita e tefroíta possuem tamanhos médio de 0,58mm enquanto os demais cerca de 0,15mm. O minério de primeira possui maior participação em peso de carbonato seguido pelo minério de segunda e com proporção menor o minério de terceira. Nos três tipos a rodocrosita e a tefroíta tendem a se concentrar no granulado e no sinter e a espessartita e os minerais ganga tendem a se concentrar na fração de pellet feed, abaixo de 0,15mm. Foram observadas algumas correlações diretas como: teor de rodocrosita e PPC; teor de espessartita e Al O ; conteúdo de silicatos de manganês e SiO . O

  2

  

3

  2

  processo de calcinação foi eficaz à temperatura de 900ºC para todas as amostras. As amostras calcinadas nesta temperatura apresentaram enriquecimento em teor de manganês na ordem de 4% e geração de finos próxima de 14%. Foi proposto um novo critério de classificação do minério sílico-carbonatado de acordo com a proporção da rodocrosita, dividindo-o em dois tipos: minério sílico-carbonático para teores acima de 30% daquele mineral e minério silicático para teores inferiores. xiv

  

ABSTRACT

  The Morro da Mina manganese ore is composed by silicates and carbonates, with the predominance of silicates. The analyses of surface area, moisture, granulometry, chemitry, mineralogy, LOI and calcination were performed in all of the ore types, divided in lump and sinter feed samples. The minerals identified are rodochrosite, rodhonite, tephroite, spessartine and alabandine; the gangue minerals are amphibols, mica, graphite and sulfides. The medium particle sizes of the tephroite and rodhonite minerals are around are 0.58mm and the particle size of the other minerals is close to 0.15mm. The manganese ore classified as first grade type presents the largest proportion of carbonate, followed by the second and third types. In all cases the minerals rodochrosite and tephroite tend to concentrate in the lump and sinter feed; and the gangue minerals and spessartine tend to concentrate in the pellet feed fraction, below 0.15mm. Some correlations were observed between chemical and mineralogical variables: rodochrosite content and LOI, spessartine and alumina contents; manganese silicate and silica contents. The best temperature to calcinate almost all carbonate is 900ºC being more efficient for the ores richest in rodochrosite which got an increment of 4% in the manganese grade and generated 14% of fines. A new classification is proposed for the manganese ores related to their mineralogical characteristics. The variable used for the new classification is the proportion of rodochrosite being silicate-carbonate ores are composed by more than 30% of the former mineral and silicate ores present less than 30%. xv

1 INTRODUđấO

  A caracterização microscópica dos minérios dos depósitos, sob ponto de vista acadêmico, é fundamental tanto para o conhecimento das características intrínsecas do minério, quanto para a busca de informações que elucidem sua gênese. É através dessas informações que são levantadas hipóteses sobre a sua evolução geológica, desde o momento de deposição dos sedimentos, até a imposição dos eventos que culminaram nas características hoje apresentadas, como por exemplo, sua geometria.

  Com o melhor conhecimento dos diferentes tipos de minério originados em um depósito, cabe avaliar o seu desempenho durante todo o processo de tratamento, buscando respostas que justifiquem determinados tipos de comportamento em cada etapa. São as características microscópicas que controlam os parâmetros hoje utilizados nas principais usinas, pois elas determinam suas propriedades químicas e físicas.

  Desta forma, o entendimento sobre a composição mineralógica e as relações entre os minerais e poros promovem o melhor entendimento dos comportamentos dos minérios nos processos de beneficiamento e metalúrgico, gerando informações adicionais inclusive do produto final e promovendo previsibilidade operacional.

  A implantação de novos critérios na classificação tipológica de minérios baseada em outros critérios como mineralogia e comportamentos, provavelmente culminarão na melhoria dos processos atuais. Estudos desta natureza viabilizam também a otimização dos recursos naturais através do seu melhor aproveitamento na mina, nos processos de concentração e metalúrgicos. O desenvolvimento de etapas de processos mais eficazes e podem promover a geração de novos produtos com características especiais, que atendem melhor aos clientes. A fase inicial desta grande cadeia de melhorias e desenvolvimento é a caracterização microscópica dos diferentes materiais existentes em cada depósito mineral, através de um método sistemático.

2 OBJETIVOS

  O objetivo geral deste projeto é:

  • Propor uma metodologia de caracterização mineralógica de minério de manganês sílico-carbonatado e correlacionar às características mineralógicas com o processo de calcinação

  Os objetivos específicos são:

  • Caracterizar microscopicamente os diferentes tipos de minérios de manganês da mina de Morro da Mina fração global, destacando principalmente os aspectos mineralógicos, texturais e de porosidade.
  • Caracterizar microscopicamente os diferentes tipos de produto da Mina de

  Morro da Mina na fração global, destacando principalmente os aspectos mineralógicos, texturais e de porosidade.

  • Desenvolver metodologia de caracterização mineralógica quantitativa e qualitativa para o minério sílico-carbonatado.
  • Caracterizar microscopicamente a mineralogia, textura e porosidade das frações granulado, sinter feed grosso, sinter feed fino dos diferentes tipos de minério de Morro da Mina;
  • Realizar ensaios de calcinação e de tamboramento nos diferentes tipos de minério classificados granulometricamente, visando compreender a geração de finos;
  • Fazer uma análise crítica entre as propriedades dos diferentes tipos de minério existentes na mina e sua relação com o resultado da calcinação e o volume de finos gerados a partir do minério calcinado;
  • Propor caracterização tipológica do minério de Morro da Mina baseada na mineralogia e seu comportamento no processo de calcinação

3 REVISÃO BIBLIOGRÁFICA

3.1 Manganês

  O manganês é um elemento de transição da família do ferro e corresponde a 0,09% da crosta terrestre, com teor médio da ordem de 20%, sendo o décimo segundo elemento mais abundante. É um elemento químico de peso atômico 25 e massa atômica 54,93. (Teixeira et al., 2003). Trata-se de um metal de cor cinza, resistente e brilhante e não ocorre na natureza no seu estado puro e sim em forma de óxidos, hidróxidos, silicatos, carbonatos e sulfetos. O metal funde-se a 1260ºC e possui densidade de 7,2. Os principais estados de oxidação são +2, +4 e +7. O seu comportamento é semelhante ao do elemento ferro: na forma bivalente é solúvel, portanto móvel; ao aumentar o estado de valência, torna-se insolúvel e conseqüentemente tem a sua mobilidade diminuída de forma significativa (Machamer,1999).

  A primeira utilização do manganês remonta ao período da Idade da Pedra, quando se utilizava o monóxido de manganês como pigmento para a pintura nas cavernas. Posteriormente, na antiga Grécia, os espartanos foram favorecidos em suas lutas, devido à superioridade das propriedades físicas de seu armamento, pela forma diferenciada de confecção das armas, relacionada com a adição de manganês nas ligas de ferro (Olsen et.al. 2007).

  O manganês só foi isolado em 1771 pelo cientista J.G. Grahn, na Suécia. No início do século XIX, os cientistas ingleses e franceses reconheceram a utilização do manganês nos aços. Em 1816, um cientista alemão observou que a presença de manganês aumenta a dureza do aço sem alterar suas propriedades de maleabilidade e flexibilidade. Em 1826, Prieger, na Alemanha, produziu uma liga contendo 80% de manganês e em 1840 J. M. Heath produziu manganês metálico. No ano subseqüente, Pourcel iniciou a produção em escala industrial de ferro gusa rico em manganês e em 1875 ele iniciou a produção de liga de ferro manganês com cerca de 65% de manganês. Em 1866 William Siemens patenteou a utilização de ligas de ferro manganês na fabricação de aço, com o objetivo de controlar os níveis de fósforo e enxofre no produto final. Atualmente, cerca de 30% do manganês destinado a indústria do aço é utilizado em desoxidação e dessulfuração, enquanto o restante é utilizado para melhorar as características do produto final. A média de consumo de manganês no aço é de aproximadamente 7 kg para cada tonelada. (Olsen et.al. 2007).

  A utilização do manganês no aço possui diferentes finalidades, sendo as [Tangstad, 2006]: principais

  • Agente desoxidante: Após a descarbonização do aço, a quantidade de oxigênio dissolvida é elevada e sua solubilidade diminuirá com o decréscimo da temperatura. Como a solubilidade do oxigênio no metal no estado sólido é inferior a sua solubilidade no ponto eutético no diagrama Fe-O, no resfriamento o oxigênio também será liberado e reagirá com o carbono formando o gás CO. A formação deste gás tenderá a gerar bolhas no aço, que não conseguirão escapar, tornando-o poroso. Para minimizar a formação destas bolhas, o metal na forma líquida é desoxidado através da adição de elementos que apresentam maior afinidade com o oxigênio, como o manganês e o silício, como mostra a figura 3.2.

  

Figura 3-1 - Diagrama de Gibbs ilustrando que o oxigênio apresenta maior afinidade com o

manganês e com a sílica, quando comparadas ao ferro. Referência Tangstad, 2006.

  • Agente dessulfurante: Com a solidificação do aço o composto FeS irá se precipitar como um filme contínuo nas bordas dos grãos a temperatura de 988ºC como mostra a

figura 3.2. Este tipo de geometria fará com que o aço se torne quebradiço em altas temperaturas e em baixas temperaturas viabiliza a formação de trincas. Portanto, para

  evitar este tipo de comportamento, adiciona-se o elemento manganês ao aço, por este

  último apresentar maior afinidade ao enxofre quando comparado ao ferro, como ilustra a figura 3.3. O composto MnS apresenta ponto de fusão de 1530ºC, que é semelhante a do ferro além de precipitar como partículas esféricas nas bordas dos grãos, evitando a fragilidade do aço ao ser tratado tanto em altas temperaturas como em baixas.

  

Figura 3-2 - Croqui ilustrativo evidenciando a diferença na microestrutura do aço na presença de

FeS e MnS. Adaptado de Tangstad, 2006.

  

Figura 3-3 - Diagrama de Gibbs mostrando a formação de sulfetos. Destaque para a maior

afinidade do enxofre com o manganês quando comparado ao ferro (Tangstad, 2006)

  • Elemento de liga: O manganês é utilizado como elemento de liga em quase todo tipo de aço. A sua principal atuação é na modificação do efeito do sistema ferro-carbono. A dureza é definida basicamente pela microestrutura, sendo que os aços mais duros são formados somente por martensita. A adição de manganês inibe o crescimento dos grãos de ferrita e aumenta a razão perlita/ferrita que está relacionada com o aumento da dureza do aço.

  O manganês também é utilizado para outros fins, como (Gonçalves et. al. 1976):

  • na indústria de pilhas e baterias, é um componente essencial, com o papel de despolarizador;
  • na indústria de vidro possui duas funções importantes: descorante e corante. A presença deste elemento elimina a coloração esverdeada do vidro, quando usado em pequenas proporções. Ao ser utilizado em quantidades maiores imprime ao vidro colorações que variam do roxo ao negro.
  • na indústria de tintas e vernizes é utilizado como secante na forma de óxidos, sulfatos, naftanatos e resinatos devido as suas características oxidantes.
  • na indústria química é utilizado sob a forma de sais complexos nas reações de oxi- redução devido às suas características oxidantes.
  • na indústria de cerâmica é adicionado aos esmaltes conferindo-lhes colorações negras e marrons e as argilas vermelhas com o mesmo objetivo.
  • na indústria de fertilizante é utilizado sob a forma de sulfato como nutriente de solos que se apresentam deficientes neste elemento.

3.2 Ferro Ligas

  Há uma variedade muito grande de ligas de ferro manganês. Os principais elementos deste tipo de liga são o ferro e o manganês, como o próprio nome já indica. As ligas de ferro manganês podem ser divididas em primeira instância em dois grandes grupos, que está relacionado com o teor de silício: as ligas ferro manganês e as ligas de ferro sílico-manganês como pode ser observado na figura 3.4. Os dois grandes grupos podem ser subdivididos em outros níveis, porém agora relativo à saturação em carbono. Os fabricantes ainda subdividem estes últimos grupos de acordo com as especificações de elementos traços, principalmente P, N, Ti e B. Utiliza-se também na indústria de aço o manganês puro (99% de Mn), que apresenta maior valor agregado quando comparado às ligas citadas. Esse produto é resultante do processo de eletrólise.

  Ligas Ferro Manganês Mn, Fe, Si, C Ferro Manganês Ferro Sílico

  (FeMn) Manganês Mn, Fe, C (SiMn) Mn, Fe, Si, C

  HC FeMn MC FeMn LC FeMn SiMn LC SiMn 7%C 1-2% C 0.5% C 1-2% C 0.1%C

Figura 3-4 – Esquema ilustrando os grandes grupos de ligas de ferro manganês. Adaptado de

Tangstad 2006

  As ligas são produzidas em temperaturas que variam de 1450 e 1600º C. Como pode ser observado na figura 3.5, que apresenta um gráfico da energia de Gibbs de reações de redução em ambiente saturado em carbono. Durante o processo de fabricação de ligas ferro manganês, todo o conteúdo dos elementos ferro e fósforo tenderá a ser constituinte da fase metálica, uma vez que a energia necessária para redução destes elementos é inferior da energia necessária para redução do manganês. Por outro lado, os elementos manganês e silício se distribuíram entre a fase metálica (liga) e a fase oxida (escória) (Olsen et. al. 2007).

  

Figura 3-5 - Gráfico ilustrando a energia de Gibbs das reações de redução dos principais

constituintes dos minérios de manganês.

  0.20 SiMn

  0.05 0.01 100 Geralmente os produtores de ligas ferro manganês, as submetem a britagem e peneiramento após o resfriamento, enquadrando-as em suas especificações granulométricas. O limite inferior da granulometria dos produtos pode variar de 3 a 20mm e o superior de 25 a 80mm.

  0.10 0.01 100 ULC SiMn 58-62 0.05 27-31

  0.10 0.01 100 LC SiMn 59-63 0.1 26-30

  0.15 0.02 200 LC SiMn 60-63 0.5 25-27

  68 2.0 17-20

  0.10 0.02 200 SiMn

  17.5

  1.5

  67

  0.10 0.02 200 SiMn

  17.5

  1.7

  67

  0.6

  A tabela da figura 3.1 ilustra as especificações químicas dos principais produtores de ligas ferro manganês e a concentração máxima das principais impurezas das ligas.

  0.5

  0.20 LC FeMn 80-83

  0.6

  1.0

  0.20 MC FeMn 80-83

  0.6

  1.5

  0.20 MC FeMn 80-83

  0.3

  7.5

  78

  Liga Mn (%) C (%) Si (%) P (%) S (%) B (ppm) HC FeMn

  

Tabela 3-1 – Tabela sumarizada sobre as características químicas das ligas referentes a diferentes

empresas. Fonte: Olsen et. al., 2007

  O minério de Morro da Mina, por apresentar natureza sílico-carbonática é utilizado somente na produção de ligas ferro sílico manganês. Essa característica confere ao minério teor elevado de sílica (cerca de 25%) e baixo teor de manganês (aproximadamente 30%).

3.2.1 Equipamentos

  As principais matérias primas para produção de ligas de manganês são (Silveira e Almeida, 1987; Olsen et. al.,2007):

  • fontes de manganês: minério de manganês, geralmente formando por óxidos e hidróxidos, também são utilizados minério formandos por carbonatos e silicatos, estes últimos em menor escala. Na fabricação da liga ferro sílico manganês a escória resultante do processo de fabricação de liga ferro manganês também é utilizada como fonte de manganês.
  • Agentes redutores: Coque, carvão vegetal ou carvão mineral. A qualidade desse material está relacionada com a proporção de carbono fixo, quantidade de cinza, voláteis e umidade. As cinzas representam o percentual de óxidos, sendo que os mais comuns são SiO e Al O .

  2

  2

  3

  • Na fabricação de ligas ferro sílico manganês, quartzo e quartzito são utilizados como fonte de silício, sendo que a variável que controla a qualidade deste insumo é o percentual de silício. Há possibilidade de utilizar silício metálico o que minimiza o consumo de energia e conseqüentemente melhora as condições de produção do forno.
  • De forma a diminuir a quantidade de manganês na escória, é adicionada a mistura elementos que visam à melhoria da basicidade da escória, como por exemplo, dolomita e calcário.

  As ligas de manganês são produzidas através de processos de redução que são realizados em fornos elétricos a arco submerso, conhecidos como fornos elétricos de redução (FER). As ligas ferro sílico manganês também podem ser produzidas em alto fornos, porém este processo de produção representa baixo percentual de acordo com a produção mundial atual. A impossibilidade de produção de ligas ferro sílico manganês no alto forno está relacionada ao limite superior de temperatura, que só é atingido nos fornos elétricos.

  Os fornos elétricos de redução geralmente apresentam geometria circular, apesar da existência de outras formas como triangular e retangular. O tamanho dos FERs é determinado através de sua capacidade, medida pela potência instalada, uma vez que a quantidade de liga produzida está relacionada com o consumo específico de energia elétrica. Desta forma os fornos considerados de pequeno porte possuem potência inferior a 15MVA e os de grande porte apresentam potência superior a 50MVA.( relatório interno) O gráfico da figura 3.6 ilustra a relação entre o diâmetro, altura e potência dos fornos (Silveira e Almeida, 1987)

  

Figura 3-6 – Gráfico mostrando a relação entre diâmetro, largura e potência dos fornos elétricos.

  A separação escória da liga pode ser feita através de dois métodos, sendo um interno ao forno e outro externo. No primeiro, o forno possui dois pontos de liberação de material, cuja diferença de altura entre eles varia de 0,5 a 1,0 metro. O furo mais alto é por onde escoa a escória e no furo inferior ocorre a liberação da liga recém-formada. A segunda forma, o forno possui somente um ponto de liberação onde a escória e a liga são escoadas pelo mesmo ponto e a separação é realizada externamente ao forno, pela diferença de densidade entre elas, ainda no estado líquido. A primeira apresenta melhor qualidade na separação dos materiais (Olsen et. al.,2007).

  Os fornos também podem ser classificados de acordo com os seguintes tipos: aberto, semi-aberto e fechado. A utilização destes tipos distintos varia de acordo com o tipo de liga que se deseja produzir e das restrições ambientais relacionados ao controle dos gases gerados.

  O principio de funcionamento do forno é através de um reator revestido internamente de refratários e isolantes térmicos, onde ocorre a geração de energia através do efeito Joule. As matérias primas são alimentadas na parte superior e os produtos líquidos são recolhidos na parte inferior, os gases são eliminados e direcionados para o sistema de despoeiramento.

  A temperatura das matérias primas sofre um aumento gradual à medida que estas descem no interior do forno, possibilitando o desenvolvimento das reações químicas, que variam de acordo com a quantidade e qualidade das cargas alimentadas. Ao atingir temperaturas mais elevadas, a carga (exceto o carbono) amolece e se funde. Os líquidos produzidos depositam-se no fundo do forno e separam-se por diferença de densidade, sendo o mais denso a liga formada essencialmente por manganês, ferro, carbono e o mais leve formado por diversos óxidos denominados de escória. A figura 3.7 ilustra um perfil típico de um forno com a distribuição esquemáticas dos materiais.

  

Figura 3-7 - Representação esquemática de um forno elétrico de redução (Silveira e Almeida, 1987)

3.2.2 Zonas dos FER´s

  Durante a produção de ferro ligas, o forno pode ser dividido em duas regiões distintas, denominadas como zona de preparação e zona de elaboração de carga. O critério utilizado para separação destas duas unidades é a temperatura, como a ilustração esquemática da figura 3.8.

  • ½CO(g)
  • ½ CO

  3 O

  ½ Mn

  2 O3 + 1/6 CO(g)

  → ⅓ Mn

  3 O

  4

  2

  (g) ∆Hº298 = -31,3 kJ

  ⅓ Mn

  4

  

2

  2

  (g) ∆Hº298 = -16,9 kJ

  A presença de finos altera a permeabilidade da carga, que pode levar ao elevado consumo de energia por tonelada produzida, ao impor dificuldade na ascensão homogênea do gás na carga. O desencadeamento das reações acima auxilia no aquecimento da carga no forno devido a sua natureza exotérmica.

  Com o contínuo aumento de temperatura ao descender no forno, a carga amolece e se funde, neste ponto inicia-se a zona de elaboração. Nesta zona ocorre de forma espontânea a reação de regeneração do CO

  2 (g), conhecida como reação de Boudouard.

  ⅓C + ⅓ CO

  2

  (g) → ⅔ CO(g) ∆Hº298 = 57,5 kJ

  Finaliza-se, portanto a redução do manganês, através do carbono que se encontra no estado sólido de acordo com as seguintes reações: MnO(l) + C

  (g) ∆Hº298 = -99,9 kJ

  3

  → Mn(l) + CO(g) ∆Hº298 = 246,8 kJ

  (s) → MgO(s) + CO

  

Figura 3-8 - Figura esquemática destacando as diferentes zonas do forno elétrico de redução.

  

(relatório interno)

  Na zona de preparação, inicialmente ocorrerá evaporação da água existente na carga, de acordo com a reação abaixo, entre temperaturas de 200ºC a 500ºC. Ocorrerá também a calcinação do carbonato de manganês e da dolomita, caso haja.

  H

  2 O(l)

  → H

  2 O(g)

  ∆Hº298 = 44.0 kJ MgCO

  3

  2

  2 O

  (g) ∆Hº298 = 101.1 kJ

  MnCO

  3

  (s) → MnO(s) + CO

  2

  (g) Os óxidos de manganês superiores presentes nos minérios de manganês se reduzem no estado sólido na presença de CO(g) que ascende da zona de elaboração de carga, de acordo com as equações abaixo:

  MnO

  2

  → ½ Mn

  • 1/6 CO
  • ⅓ CO(g) → + MnO + ⅓ CO

  3 → CaO + CO

  

3 O

4 + CO 2(g) CaCO

  Zona 1: Zona de aquecimento, secagem e calcinação

  2

  2(g) C + CO 2(g → CO MnO + CO

→ Mn + CO

SiO

  3 O 4 + CO

→ Fe + CO

  2(g) Fe

  3 O 4 + CO → MnO + CO

  2(g) Mn

  3 → MnO + CO

  2(g) MnCO

  3 → MgO + CO

  2(g) MgCO

  SiO

  2 O 3 + CO → Fe

  Zona 4: Zona de redução e derretimento 192ºC

  3 O 4 + CO 2(g) Fe

  2 O 3 + CO → Mn

  2 O (s) Mn

  2 O (l) → H

  2 O 3 + CO 2(g) H

  Matérias primas Gás MnO 2 + CO → Mn

  Coque sólido, escória líquida e metal Materiais sólidos

  730ºC 1100ºC 1605ºC

  Calcinação da rodocrosita

  Olsen et. al., 2007 identificou quatro zonas durante a operação do forno de ferro sílico manganês, conforme ilustra a croqui na figura 3.9.

  A geometria desta zona dependerá da operação do forno, que pode ser na forma de sino, horizontal ou côncava, dependendo da quantidade de coque na carga. A geometria na forma de sino é explicada pelo fato das reações se desencadearem mais rapidamente nas proximidades do eletrodo, uma vez que este se caracteriza como fonte de energia. Desta forma, a temperatura na proximidade do eletrodo será mais alta, fazendo com a carga se funde mais rapidamente. Como ocorre diferença de densidade entre a liga e a escória, estes se distribuem na forma de camadas nas porções inferiores do forno elétrico.

  (l) + C → Si(l) + CO(g) ∆Hº298 = 246,8 kJ

  2

  Zona 3: Zona de redução direta Zona 2: Zona da redução do gás

  • C → Si + CO C → C

  O termo geometalurgia engloba uma forte interação entre as áreas de geologia, mineração e metalurgia, com o objetivo de melhorar o desempenho e a produtividade dos processos de sinterização, pelotização e redução dos metais nos fornos, de acordo com Vieira et. al. 1999. Um grupo de profissionais ligado ao comitê de tecnologia da Companhia Vale do Rio Doce conceituou esta nova abordagem de trabalho como

  

Figura 3-9 - Figura esquemática ilustrando a geometria das zonas, velocidade de transferência de

calor e massa e principais reações. Adaptado de Olsen, 2007 e Tangstag 2006

3.3 Geometalurgia

  “metodologia multidisciplinar, que integra o conhecimento geológico do depósito

  

mineral com as áreas de mina, processamento, meio ambiente e mercado, visando a

redução do risco do negócio, otimização dos ativos e aumento da competitividade dos

produtos, através da melhor previsibilidade nas operações e qualidade dos produtos

  (Hazhizume et. al., 2005) Desta forma, a geometalurgia é uma ferramenta que promove o aumento da previsibilidade do comportamento dos diferentes minérios nos processos aos quais ele será submetido e da qualidade do produto que será gerado. Este estudo deverá considerar definições importantes nos projetos de mineração, como melhor rota de processo, características dos produtos e a quantificação das reservas disponíveis. As informações de base neste estudo concentram-se na caracterização minuciosa dos minérios dos depósitos, levando-se em consideração não somente as feições macroscópicas e químicas dos materiais, mas também e principalmente as suas características microscópicas. O conhecimento da mineralogia, da textura das rochas portadoras de minerais minérios, da forma, dos tamanhos e da geometria dos grãos e poros torna-se fundamental para o avanço dos estudos.

  A implementação deste tipo de abordagem diverge das premissas atualmente utilizadas para a classificação dos diferentes tipos de minério na maioria das minas brasileiras. Como esta sistemática de raciocínio foi desenvolvida inicialmente para o minério de ferro, algumas considerações serão apresentadas.

  Rosière et al. (1997) propõem uma classificação tipológica para minério de ferro, baseada não somente nos critérios genéticos dos corpos, mas incluindo também características mineralógicas e trama. A justificativa desta proposta baseia-se na premissa que a classificação previamente utilizada não satisfaz as necessidades industriais de nortear o emprego racionalizado dos bens minerais nas etapas de lavra, beneficiamento, aglomeração e redução. Assim, a classificação proposta inclui proporção relativa dos minerais, grau de cristalinidade e a morfologias das fases, características que estão diretamente associadas ao teor químico do minério e ao seu comportamento no processo de beneficiamento. A trama, que é compreendida como a microestrutura definida pela distribuição e intercrescimento dos grãos em um agregado cristalino, influencia na forma das partículas, que condiciona o seu comportamento diferenciado nos processos de flotação e nos alto-fornos. Portanto, ela também foi como critério de classificação.

  Costa et al. 1998 ressaltam a importância do modelamento geológico tipológico aplicado à Samarco Mineração S.A., cujo critério de classificação baseou-se na identificação do mineral predominante e as características físicas do minério, tomando como referência a malha de 3/8”. Esse modelamento auxiliou na avaliação prévia das principais características dos concentrados e pelotas a serem produzidos a partir do blend executado na mina, direcionando o planejamento de lavra e controle da qualidade dos concentrados e pelotas para altos-fornos e processos de redução direta, com melhorias significativas.

  Rosiére et al. 1996 realçam que o comportamento do minério de ferro no reator metalúrgico é fortemente dependente de seus atributos microestruturais, tais como fases mineralógicas, tamanho e morfologia dos cristais, textura, trama, natureza e características dos contornos dos cristais entre outras.

  Vieira et al. 1999 enfatiza que o alcance da qualidade física, química e metalúrgica dos processos de sinterização e pelotização de minério de ferro, com elevados níveis de produtividade, passa pelo conhecimento intrínseco dos minérios utilizados em tais processos. Este conhecimento engloba mineralogia, tamanho e morfologia dos cristais e poros, textura e trama. Considera também que melhorias significativas na produtividade dos processos de beneficiamento e metalúrgicos estão relacionadas com uma integração forte entre as áreas de geologia, mineração e metalurgia.

  No minério de ferro, a classificação tipológica dos minérios em desenvolvimento baseia-se na identidade de cada material, envolvendo vários critérios, principalmente relacionado ao arranjo espacial, qualidade e quantidade dos minerais presentes. Observa-se que muitos avanços já foram registrados, devido à implantação desta nova abordagem, principalmente relacionados à previsibilidade dos diferentes tipos de minérios nos processos de beneficiamento, sinterização e pelotização. Além das vantagens citadas, há a incorporação de maior qualidade ao produto final.

  Dobby, et. al, 2004 consideram que o modelamento geometalúrgico pode ser aplicado em todas as unidades de operação da mineração e para todos os bens minerias, apesar desta metodologia ser aplicada com mais ênfase nos processos de cominuição e flotação, principalmente para minério de ferro.

  Fazendo-se um paralelo para o minério de manganês, a implantação de novos critérios na classificação tipológica de minérios, semelhantes aos citados acima para o minério de ferro, além de incorporar informações adicionais aos nossos produtos, provavelmente culminará na melhoria dos processos atuais. E a fase inicial desta grande cadeia de melhorias e desenvolvimento passa pela caracterização microscópica dos diferentes materiais existentes em cada depósito mineral.

  Outro fator crucial na implantação de modelos geometalúrgicos ou classificação tipológica está na agilidade e custos das análises necessárias, que se caracterizam como de complexidade elevada. Para tanto se torna importante a identificação de ensaios com certo grau de simplicidade, custo apropriado e tempo de resposta viável que possam se correlacionar com variáveis microscópicas, como proporção de fases minerais, porosidade entre outras.

3.3.1 Caracterização e classificação de minérios

  Hazhizume et. al., 2005, descrevem algumas características fundamentais que devem ser consideradas na caracterização dos minérios de uma forma geral, as quais são listadas a seguir.

  • Identificação do mineral (ou minerais) que contenha o metal de interesse (mineral minério): a distribuição dos metais entre os diferentes minerais e feições texturais permitem estimar a qualidade dos concentrados e a recuperação metálica.
  • Variação das características do(s) mineral(is) minério: a granulação, por exemplo, pode gerar comportamentos completamente diferentes nas etapas dos processos, chegando inclusive, em casos extremos, a inviabilizar alguma etapa.
  • Proporção entre os diferentes minerais minério: se houver diferença na solubilidade de cada um dos minerais, a rota de processo deverá ser detalhadamente estudada, de forma a viabilizar a maior recuperação metálica do elemento em questão.
  • Textura mineralógica, ou seja, o hábito, granulação e relação espacial entre as fases minerais do minério (minerais minério e minerais ganga): parâmetros que permitem determinar a liberação, que é um dos aspectos mais importantes nos processos de beneficiamento. As partículas ao serem liberadas devem permitir um concentrado dentro das especificações desejadas, caso contrário, deverá ser feita uma avaliação das fases de cominuição do processo.
  • Identificação e quantificação dos minerais de ganga e levantamento de seus parâmetros físicos, como densidade e magnetismo: essas informações poderão ajudar na definição dos processos de separação entre minerais minério e minerais ganga, ou seja, nos processos de concentração.

  • Identificação de minerais contendo elementos químicos considerados como contaminantes e sua associação com minerais minérios: a falta de conhecimento desta variável pode levar a produção de concentrados fora da especificação e, caso sejam rejeitados no processo, podem causar danos ao meio ambiente, o que demandará maior investimento em seu descarte.

  A tabela 3.2 correlaciona os fatores geológicos/mineralógicos críticos para o processamento mineral, correlacionando-os com as fases metalúrgicas.

  

Tabela 3-2 - Fatores geológicos / mineralógicos críticos para o processamento mineral e correlação

com as operações metalúrgicas [Hazhizume et. al., 2005]

Fatores

  Unidades Operacionais Parâmetros Críticos Geológicos/

  Metalúrgicas de Maior Mineralógicos Influência Variações nos conteúdos de Si, Fe, Mg, C, etc.

  Litologias e Mineralogia distribuição espacial

  Moagem, flotação Dureza, granulometria, competência no depósito Porosidade, reatividade Composição mineralógica (p.ex, calcopirita x bornita)

  Associações minerais Distribuição e zonamento mineral (razões entre metais) Flotação, moagem, e processos de Texturas minerais (intercrescimentos, etc.) lixiviação mineralização Brechação Variações na dureza (cloritização, sericitização)

  Tipo de alteração Modificações na composição dos minerais Moagem, flotação,

  (hipogênica e Mudanças na solubilidade/reatividade lixiviação, purificação supergênica) Texturas alteradas (borda de reação, substituição) Redução da granulometria e formação de argilas ao longo das falhas

  Parâmetros estruturais Canais abertos de percolação de fluidos (águas superficiais) Moagem, flotação

  (principalmente e oxidação falhamento) Mudanças na dureza Zonamento local Texturas de recristalização Reações de desidratação Formação de novos minerais

  Metamorfismo Moagem, flotação

  Agregados grossos Alteração para micas, argilas, talco, etc. Mudança na dureza

  Os depósitos brasileiros da Vale Manganês S.A. representam uma pequena parcela do universo dos depósitos manganesíferos, porém já se destacam pela complexidade e diversidade da ocorrência do manganês, sob o ponto de vista mineralógico e genético. Além deste aspecto, a origem e a evolução tectônica de cada depósito imprimiram características diversas em relação ao tamanho dos grãos, textura e coesão entre outras características importantes, que definem a qualidade do produto final.

  Maranhão, 1985, descreve uma classificação de minério de manganês baseada somente no teor do minério, conforme tabela 3.4:

  

Tabela 3-3 - Classificação dos minérios de manganês [Maranhão, 1985]

  Tipo Metalúrgico Conteúdo

  Alto teor Médio teor Baixo teor Mn (min.) 46 – 48% 40% 35%

  Fe (máx.) 8% 6% 10% SiO + Al O 12% 15% 20%

  2

  2

3 P (máx.) 0,18% - 0,3%

  • Cu + Pb + Zn 0,1% 0,25% As tipologias de minério nas minas da Vale Manganês foram desenvolvidas baseadas na litologia a qual o manganês está associado, no teor de manganês, ferro, sílica e fósforo e no grau de coesão. Características como mineralogia, textura e porosidade ainda não são fatores adotados na classificação tipológica de minério.

3.3.2 Característica da matéria prima fonte de manganês

  Inicialmente, a produção de ferro-manganês era realizada em altos-fornos, similares aos utilizados para a produção de ferro gusa. O desenvolvimento da produção de ferro-manganês em fornos elétricos se deu em 1923, na Noruega. O método foi desenvolvido devido ao baixo valor econômico da energia elétrica no país naquela época. O processo levou à substituição de parte do coque por carvão vegetal, em menor quantidade, viabilizando-o ainda mais. As usinas da Vale Manganês que produzem ferro ligas utilizam a tecnologia de fornos elétricos.

  Existem algumas considerações acerca das análises químicas dos minerais de manganês, utilizados como matéria prima na carga dos fornos, sendo elas: [Tangstag

  et.al. 2004]

  • Teor de oxigênio: como a redução do manganês é uma reação exotérmica, quanto maior o nível de oxidação do manganês nos minérios, menor será o consumo de energia. Atenção especial deve ser dada aos minérios com elevado teor de manganês ao serem matéria prima para fornos fechados, devido à segurança na operação.
  • Teor de manganês: minérios com teores de manganês elevados resultarão numa relação metal/escória menor, o que acarretará na redução do consumo de energia.

  • Relação Mn/Fe: a relação manganês/ferro na matéria-prima irá determinar a relação Mn/Fe no metal e a basicidade da escória. A utilização de minérios com elevada relação Mn/Fe viabilizará a maior flexibilidade na blendagem da carga do forno.
  • Relação Mn/P: a relação Mn/P no minério resultará no teor de P no produto final e como esta caracteriza uma variável importante na qualidade da liga, há que se controlar o teor de deste elemento nos minérios da carga.
  • Potássio: valores elevados de potássio contribuirão para o aumento do desenvolvimento da reação de Boudouard, o que levará ao aumento do consumo de energia e de carbono.

  Os teores de alguns elementos traços também deverão ser controlados, uma vez que estes poderão ser liberados durante o processo, desrespeitando os limites ambientais legalizados. Esses limites variam de acordo com a legislação ambiental vigente por país onde a planta está instalada.

3.4 Classificação dos depósitos de manganês

  Machamer (1999,2002) reconheceu dois grandes grupos de depósitos manganesíferos, baseando-se no teor de manganês da rocha primária, sendo eles:

  • Depósitos residuais, relacionados à lixiviação e concentração de manganês de rochas primárias, originalmente com teores baixos, geralmente carbonatos dolomitos ou folhelhos manganesíferos. O mesmo processo promove a concentração de fósforo e ferro. Os principais depósitos desta natureza são Postmasburg na África do Sul, Shimoga na Índia e Woodie-Woodie na Austrália.
  • Depósitos sedimentares relacionados a rochas primárias, com teores originalmente elevados de manganês.

  Os depósitos sedimentares foram subdividos em:

  • TIPO I - Depósitos vulcano-sedimentares – são compostos por camadas lenticulares de carbonato manganesífero / silicatos manganesíferos intercalados por rochas vulcânicas básicas e folhelho. Geralmente próximos à superfície, até cerca de 90 metros de profundidade, se desenvolvem processos de oxidação e enriquecimento, levando à geração de minério de alto teor. Os principais depósitos desta natureza são Morro da Mina

  (Conselheiro Lafaiete), Jacobina e Serra do Navio, no Brasil; Matthewa Ridge em Gana e Kisengue no Zaire, entre outros.

  • TIPO II – Depósitos em formações ferríferas bandadas – Tratam-se de depósitos lateralmente extensos e compostos por braunita e minerais carbonáticos manganesíferos, intercalados com jaspelitos das formações ferríferas. Os minerais de ferro e manganês são exclusivos, ou seja, não ocorre manganês no jaspelito nem minerais de ferro nas camadas manganesíferas. O estado de oxidação da formação é conseqüência das características deposicionais e não de processos pós-deposicionais. São característicos deste tipo os depósitos de Urucum (Mato Grosso do Sul), no Brasil, e Kalahari, na África do Sul.
  • TIPO III – Depósitos de margem da bacia endogênica – Esses depósitos são formados em regiões marginais de bacias epicontinentais anóxidas, onde o suprimento de manganês está relacionado com a natureza química da bacia. Desta forma, o ferro e metais básicos são precipitados pela reação entre o sulfeto de hidrogênio nas porções anóxidas, levando a uma maior concentração de manganês na água, que é precipitado por processos oxidantes nas margens da bacia. Atualmente, este processo está em desenvolvimento nas margens do Mar Negro. Os depósitos relacionados a este processo são Azul, Carajás, Brasil; Bangobe e Okouma, no Gabão; Nikopol, na Ucrânia, e Minle, na China, entre outros.
  • Outros processos: depósitos de margem de bacia exogênica, quando a fonte de manganês é externa à bacia, sendo o principal depósito desta natureza o Goote Eylandt, na Austrália. Ocorrem ainda depósitos metamórficos e metassomáticos, que se caracterizam por rochas sedimentares ricas em manganês, que foram alteradas por processos endogênicos, como por exemplo, o depósito de Mansar, na Índia.

  Outra classificação foi proposta por Borchert (1978) e Roy (1968) in Walde (1986) que está descrita abaixo:

  • Depósitos sedimentares: estão geralmente associados a formações ferríferas bandadas, enriquecidas posteriormente por processos intempéricos em ambientes deposicionais, do tipo áreas pantanosas-lagunares, mares interiores e no fundo dos mares.
  • Depósitos vulcanogenéticos: resultam de processos vulcânicos ou de lixiviação de lavas marinhas, perfazendo uma pequena porção dos depósitos de manganês. Podem estar tanto associados à magmatismo basáltico como a um magmatismo granítico.
  • Depósitos de enriquecimento supergênico: são depósitos resultantes de enriquecimento supergênico de um protominério denominado gondito ou queluzito.

3.4.1 Mina de manganês – Morro da Mina

  A mina localiza-se no município de Conselheiro Lafaiete, região metalúrgica do estado de Minas Gerais, em local denominado Morro da Mina. A região é caracterizada por um elevado comportamento planáltico bastante dissecado, onde ocorrem formas mamelares, resultando em uma topografia do tipo “mares de morros”, com altimetria que varia entre 400 e 1.300 m.

  

Figura 3-10 – Imagem com a visualização da mina de manganês de Morro da Mina – Vale

Manganês

  Estratigraficamente as rochas desta mina encontram-se inseridas como pertencentes ao Supergrupo Rio das Velhas, identificado com uma seqüência vulcano-

  N N Comprimento: 870 m Largura: 400 m Profundidade: 140 m sedimentar do tipo greenstone belt, inseridas no contexto do Quadrilátero Ferrífero (Amec, 2005).

  A interpretação da origem do depósito é de uma bacia de fundo oceânico, evoluída a partir de uma margem divergente e com suposta contribuição vulcanogênica, com características sedimentares estratificadas. Essas rochas foram submetidas a uma deformação sob condições metamórficas de fácies anfibolito baixo a xisto verde alto, promovendo um dobramento cerrado a isoclinal regional de eixo NW-SE com eixo subhorizontal, que imprimiu uma foliação paralela ao acamamento e a formação de

  

boudins com eixos horizontais. Posteriormente, houve mais dois estágios de reativação

  tectônica, sob metamorfismo de baixo grau e com superposição cinemática distinta, originando meso a macrodobras fechadas a cerradas com eixos subverticais, com vergências opostas, zonas de cizalhamento subverticais NNW-SSE e boudins com eixo subvertical. Por fim, ocorreram deformações de caráter ruptil marcada por falhas, fraturas e juntas [Araújo et al., 2005].

  Essa superimposição de eventos conferiu ao corpo mineralizado uma geometria sigmoidal ou na forma de amêndoas, com potências que variam de lentes centimétricas a 100 metros de espessura, cujo diâmetro maior encontra-se na direção vertical e a segunda direção a N50W, conforme ilustra o mapa da figura 3.11 (Araújo et al., 2005).

  

Figura 3-11 - Mapa geológico com destaque para os corpos de minério silico carbonatado (em

vermelho). [Araújo et. al., 2005]

  Inicialmente, explotava-se o minério oxidado, o que perdurou do início do século até meados da década de 60, quando este tipo foi exaurido, iniciando assim a produção do proto-minério: manganês silico-carbonatado (Ferreira Jr. et.al.,2005)

  O minério oxidado é composto por pirolusita, criptolomelana, psilomelano e manganita. Caracteriza-se por uma rocha coesa, de coloração negra e bastante densa, de ocorrência restrita e pouco volume.

  O minério silico-carbonatado é caracterizado pela coloração cinza escuro, compacto, inequegranular de granulação média a fina. É comum apresentar-se em descoloração castanha a rósea, em lentes e lâminas que conferem um fino bandamento composicional, paralelo a subparalelo a uma foliação Sn, via de regra dobrada e com flancos rompidos (Ribeiro et.al., 2003). Observam-se sulfetos (pirita, calcopirita, pirrotita e galena) disseminados ao longo da foliação e preenchendo fraturas e falhas. Seus principais constituintes são rodocrosita, piroxênio, granada, espessartita dispostos numa textura granoblástica que definem uma foliação anastomosada [Zapparoli, 2003]. Ainda foram descritos os minerais de tefroíta, Mn-cummingtonia no minério de manganês de Morro da Mina [Pires, 2001].

  Reis (2005) identificou minérios de rodocrosita e espessartita como fontes de manganês nos rejeitos de finos da mina. Como minerais de ganga, foram descritos quartzo, huntita, anita, flogopita, clinocloro e rutilo.

  Atualmente, o minério de manganês de Morro da Mina está classificado em três tipos, da seguinte maneira:

  • Minério de primeira: minério de coloração cinza, compacto e maciço. Apresenta boa efervecência ao HCl 1:1 e apresenta teores elevados de manganês, acima de 32%. A efervecência ao HCl 1:1, é atribuída a maior quantidade de minerais carbonáticos.
  • Minério de segunda: minério de coloração cinza, maciço, com presença de vênulas milimétricas de material esbranquiçado e rosado. Apresenta teores de manganês intermediários, entre 30% e 32%.
  • Minério de terceira: minério de coloração cinza claro, maciço, com veios de material branco e rosado. Apresenta baixa efervecência ao ácido HCl 1:1 e maior dureza, atribuídas a maior proporção de mineral silicoso. Os teores de manganês são inferiores a 30%.

  A mina possui dois tipos de produto, o granulado (LG-13) e o sinter feed (LF- 17). O produto LG-13 apresenta as seguintes especificações:

  • Teor de manganês (% em peso): > 29 e < 32
  • Teor de sílica (% em peso): < 30
  • Teor de ferro (% em peso): < 3,8
  • Teor de fósforo (% em peso): <0,09
  • Granulometria ente 75mm e 6,3mm

  O produto LF-17 apresenta as seguintes especificações:

  • Teor de manganês (% em peso): > 26 e < 30
  • Teor de sílica (% em peso): < 35
  • Teor de ferro (% em peso): < 8
  • Teor de fósforo (% em peso): <0,09
  • Granulometria ente 6,3mm e 0,15mm

  A mina possui maior recuperação para o granulado que é utilizado como matéria prima nas usinas de ferro ligas das unidades de Rancharia, Barbacena e Santa Rita de Jacutionga para a produção de ligas ferro sílico manganês (Buffington et. al. 2009).

3.5 Mineralogia do manganês

  Pelo fato do manganês se apresentar naturalmente em diferentes estados de valência, espera-se uma grande variedade mineralógica, na forma de óxidos, hidróxidos, carbonatos, silicatos anidros, silicatos hidratados e sulfetos. Cerca de 300 minerais possuem manganês em sua composição química, porém os minerais que atualmente são utilizados como minério, possuem mais de 35% de manganês em peso na sua composição. Cada tipo de minério possui mais de um tipo de mineral portador de manganês em sua composição.

  Beukes e Gutzmer (1996) realizaram um estudo mineralógico sobre o depósito manganesífero de Kalahari, na África do Sul e identificaram mais de 135 espécies minerais entre minerais minério e minerais ganga. Outros estudos mineralógicos em depósitos manganesíferos como os da China (Yang et al., 1999), depósitos de Mankwadzi, Gana (Dzigbodi-Adjimah, 2004); depósitos de Morro da Mina, Urucum e Azul, Brasil [ Araújo et al., 2005; Costa et.al.,2005; Dorr,1846; Endo et. al. 2004, Walde et

  al. 1981; Coelho et al. 1986; Basílio et al., 1986] também identificaram várias espécies minerais manganesíferas.

  Em agosto de 1976 foi realizado um simpósio internacional da geologia e geoquímica do manganês durante o 25º Congresso Internacional de Geologia na Austrália. Como resultado deste simpósio, foi elaborada uma síntese dos principais minerais minério de manganês dos depósitos conhecidos no momento [Frenzel, 1980]. A tabela 6.1 mostra uma síntese dos principais minerais minério de manganês, a proporção de manganês em cada um deles e a localização das suas principais ocorrências.

Tabela 6.1 – Principais minerais minério de manganês [Frenzel, 1980]. Mn

  

Mineral Composição Química Principais ocorrências

(%)

  MnO Manganosita 77 África do Sul, Alemanha, Japão, Brasil.

  CuMnO

  2 Crednerita 38 Marrocos, Estados Unidos.

  MnFe

  2 O

  23 Gana, África do Sul, Alemanha, Brasil.

  4 Jacobsita

  2+ 2+ 3+ 3+

  (Zn,F ,Mn )(Fe ,Mn ) O

  2

  4 Franklinita 65-0 Estados Unidos

  Mn O

  3

  73 Alemanha, Estados Unidos, Rússia, África do Sul, Namíbia,

4 Haussmanita

  Brasil. Hidrohausmanita

  2

  (Ca,Na)(Mn

  62-65 Gana, Grécia, Estados Unidos, México, Índia, Brasil. Birnessita

  2

  )(O,OH)

  2+

  ,Mn

  4+

  (Mn

  65 Argentina, Estados Unidos, México. Nsutita

  2

  MnO

  65 África do Sul, Alemanha, Bolívia, França, Brasil. Ramsdelita

  Pirolusita β-MnO

  ,Mn

  16 55-62 Estados Unidos.

  (O,OH)

  8

  (Mn,Zn)

  2 O) <2

  (Zn,H

  60-62 Japão, Grécia, Cuba, Marrocos, Alemanha, Brasil. Woodruffita

  16

  (O,OH)

  8

  Mn

  2 O) <2

  4+

  2+

  45-60 Argentina, Austrália, África do Sul, Bolívia, Brasil

  .MnO

  42 África do Sul, França, México,

  3

  Rodonita MnSiO

  3 47 Argentina, Gabão, México, Brasil.

  Rodocrosita MnCO

  2 O 51-64 Estados Unidos.

  .3H

  7

  3 O

  (Zn,Mn,Fe)Mn

  43-52 Alemanha, Estados Unidos, Índia, Austrália, Brasil. Calcofanita

  2

  2

  )

  (Al,Li)(OH)

  62 Gabão, Gana, Japão, México, Brasil. Litiofirita

  Manganita γ-MnO(OH)

  Groutira α-MnO(OH) 62 Estados Unidos.

  2 60 Japão, Estados Unidos.

  Pirocroíta Mn(OH)

  4 O 9 .3H

  (Ca,Mn)Mn

  56-58 Escócia, Estados Unidos, Japão, México, Gana, Itália. Rancieíta

  2

  δ-MnO

  2 O

  7 O 14 .3H

  Todorokita (H

  16

  Mn

  4

  Mn

  <2

  Manjiroíta Na

  30-40 México, Namíbia, África do Sul, Argentina

  3

  2 O

  (Mn, Fe)

  51 Marrocos Partridgeita Sitaparita Bixbyita

  4

  2 O

  CaMn

  48-47 África do Sul, Estados Unidos Marroquita

  O

  16

  2-x

  Hydrohetaerolita HZnMn

  4 48 Estados Unidos, România.

  2 O

  ZnMn

  73-0 Índia e Suécia Hetaerolita

  4

  3 O

  Vredenburgita (Mn,Fe)

  4 73-72 Estados Unidos, Suécia.

  (O,OH)

  3

  8 O

  61 Japão Criptomelana

  8 O

  41 Estados Unidos, Marrocos, Cesarolita

  6 Mn

  (O,OH)

  8

  )

  2+

  (Ba,Mn

  56 Irã, Estados Unidos Psilomelana

  2 O

  .3H

  7

  8 O

  PbMn

  16

  K

  8 O

  Pb <2 Mn

  54-59 Índia, África Coronadita

  16

  8 O

  Mn

  <2

  Ba

  50-60 África do Sul, França, Austrália, Argentina, Brasil. Hollandita

  16

  8 O

  Mn

  <2

2 O 50-60 França, Estados Unidos, Cuba.

  Índia, Austrália, Argentina, Brasil.

  3Mn O .MnSiO

  2

  3

  3 Braunita 66 China, Índia, África do Sul, Brasil.

  Mn SiO

  2

  54 Estados Unidos, África do Sul, Suécia.

  4 Tefroíta

  MnSiO

  33 Suécia, Japão Mn Al Si O

  3 Piroxmangita

  3

  2

  3

  12 Espessartita 35 Brasil.

  Mn Si O (OH)

  3

  2

  5

  4 Bementita 43 África do Sul, Japão, Brasil.

4 METODOLOGIA E PROCEDIMENTO EXPERIMENTAL

  A metodologia aplicada neste projeto consistiu da caracterização completa de amostras específicas de minérios de manganês sílico-carbonatado de Morro da Mina, com o objetivo de determinar um método de caracterização mineralógica que reflita o mais completamente possível uma descrição fiel dos minerais e minérios do depósito, do ponto de vista geometalúrgico. Tal método foi desenvolvido com vistas a ser também aplicado em outros depósitos de manganês.

  O trabalho iniciou-se com a etapa de revisão bibliográfica sobre manganês, fabricação de ferro ligas, jazimentos de manganês, mineralogia de manganês, geometalurgia, depósito de minério de Morro da Mina e utilização de minérios de manganês nos fornos elétricos. As demais etapas são descritas separadamente a seguir.

4.1 Coleta de amostras

  A coleta de amostras foi definida a partir de dois grandes grupos: minério na mina e os produtos gerados a partir do beneficiamento destes minérios. As amostras de minério na mina, denominados ROM (Run of Mine) foram realizadas de acordo com a tipologia utilizada atualmente nas atividades rotineiras de operação. A classificação baseia-se no teor de manganês presente nos minérios, sendo as classes primeira, segunda e terceira, em ordem decrescente de teor de manganês contido. As amostras de produto foram selecionadas de acordo com os produtos gerados no processo, sendo eles: granulado e o sinter feed. Desta forma, foram coletadas cinco amostras, conforme a descrição que se segue:

  • Uma tonelada de minério ROM classificado como minério de primeira
  • Uma tonelada de minério ROM classificado como minério de segunda
  • Uma tonelada de minério ROM classificado como minério de terceira
  • Uma tonelada de produto granulado LG-13
  • Uma tonelada de produto sinter feed LF-17

  A amostragem na mina foi realizada com o objetivo de assegurar a melhor representatividade de acordo com a disponibilidade operacional de coleta nos afloramentos da mina na época. Em cada ponto selecionado foram coletadas alíquotas para compor a amostra final totalizando uma tonelada (figura 4-2). O volume de cada alíquota foi calculado considerando o número de afloramentos para cada tipologia, da seguinte forma:

  • Amostra de minério de primeira – 5 alíquotas de 200 kg
  • Amostras de minério de segunda – 10 alíquotas de 100 kg
  • Amostra de minério de terceira – 5 alíquotas de 200 kg

  Em cada ponto, os blocos coletados possuíam tamanhos variados respeitando o limite de 20cmx20cmx20cm. As alíquotas foram condicionadas em carrinhos de mão e embaladas em big-bags para serem enviadas para o laboratório da Fundação Gorceix em Ouro Preto.

  A figura 4-1 ilustra os pontos amostrados na mina por tipo de minério no mapa geológico da cava no período de coleta das amostras. A figura 4.2 ilustra a coleta de amostras nas frentes de lavra.

  

Figura 4-1- Mapa geológico com destaque para os corpos de minério silico carbonatado e os pontos

amostrados por litologia. Adaptado de Araújo et. al., 2005.

  

Figura 4-2 – Fotografias ilustrando a coleta de alíquotas de minério silico-carbonatado em

diferentes pontos da mina.

  As amostras de produto foram coletadas nas pilhas de produto final localizadas no pátio de estocagem. O volume da alíquota coletada em cada pilha para formar a amostra de uma tonelada foi calculado ponderando-se o número e o volume de cada pilha, tanto para o produto granulado como para o produto sinter feed. Por pilha, foram coletados com pás pequenos volumes distribuídos na sua superfície. A tabela 4-1 descreve o volume da alíquota coletada em cada pilha de produto granulado e a tabela 4-2 descreve o volume da alíquota coletada em cada pilha de produto sinter feed.

  

Tabela 4-1– Tabela descrevendo o volume de cada alíquota coletada em cada pilha de produto

acabado de granulado para formar a amostra

Produto Lote Massa do lote (kg) Massa amostrada (kg)

  LG-13 1914-05 1,578

  96 LG-13 0100-06 600

  37 LG-13 0271-06 380

  23 LG-13 0287-06 1,110

  68 LG-13 0288-06 900

  55 LG-13 0289-06 900

  55 LG-13 0290-06 1,000

  39 LF-17 1534.05 371

  O fluxograma da figura 4-3 descreve o estudo, com o objetivo de reconhecer e analisar as amostras em sua forma original e os volumes gerados em cada etapa. As amostras foram somente submetidas aos processos de homogeneização, quarteamento e

  O fluxograma de preparação das amostras foi definido de forma a atender às necessidades deste projeto e para atender aos estudos do projeto intitulado “Caracterização e Tratamento de Metais Pesados em Minérios e em subprodutos da produção de Ferro-Ligas de Manganês” e aos estudos de geometalurgia, no trabalho intitulado “Estudo Geometalúrgico de Granulados e Sínteres de Minério de Manganês”.

  35 LF-16 0461-05 1178 127

  29 LF-16 0094-05 325

  32 LFCB 2190-05 273

  76 LFCB 12681 1206 130 LFCB 1924-05 292

  57 LF-CB 2902-02 2000

  58 LF-17 2111-06 532

  47 LF-17 0095-05 2613 282 LF-17 2017-06 540

  50 LF-17 1711-05 437

  40 LF-17 1664-05 463

  LF-17 1607-05 366

  61 LG-13 0291-06 1,000

  Produto Lote Massa do lote (kg) Massa amostrada (kg)

  43 Tabela 4-2 - Tabela descrevendo o volume de cada alíquota coletada em cada pilha de produto acabado fino para formar a amostra.

  44 LG-CS 0373-03 704

  36 LG-CS 0370-06 714

  60 LG-CS 0366-06 586

  51 LG-CS 0390-06 800

  61 LG-CS 0364-06 837

  31 LG-CS 0352-06 993

  38 LG-CS 2644-05 505

  61 LG-13 0283-06 1,977 121 LG-CS 2609-05 617

  61 LG-13 0292-06 1,000

4.2 Preparação das amostras

  redução de tamanho para realização dos ensaios. O s ensaios realizados a partir deste fluxograma foram:

  • Análise química: determinação dos teores de elementos Mn, Fe, SiO , Ca, Mg,

  2 Al, P e Ti através das técnicas de via úmida e utilizando o espectrômetro de Emissão

  Atômica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP AES) marca Spectro Ciros modelo CCD do Laboratório de Geoquímica Ambiental no Departamento de Geologia da UFOP e Laboratório químico da Vale Manganês unidade Morro da Mina.

  • Análise qualitativa mineralógica através do difratômetro modelo Rigaku, série D/Max B do Laboratório de Difratometria de raios-X, Departamento de Geologia , UFOP.
  • Análise mineralógica e textural das rochas através da descrição e quantificação dos minerais transparentes e opacos em lâminas delgadas polidas, observadas em microscópio de luz transmitida e refletida. Foram utilizados as dependências do laboratório de microscopia ótica do Departamento de Geologia e o Laboratório de Hidrometalurgia no Departamento de Metalurgia, ambos da UFOP. Foram também realizados ensaios de determinação química pontual por microsonda eletrônica com espectrômetro de energia disperssiva de raios X (EDS) modelo JEOL JSM 5510, no Laboratório de Microscopia eletrônica e análise de imagem do Departamento de Geologia e da REDEMAT, UFOP.
  • Análise da área superficial específica e porosidade através do método de adsorção de nitrogênio utilizando o equipamento NOVA 1000 Quantachrome no laboratório de Hidrometalurgia no Departamento de Metalurgia da UFOP.
  • Análise térmica das amostras através da termobalança Shimadzu, com taxa de aquecimento de 5ºC/minuto até a temperatura de 1.300ºC no laboratório de análises térmicas no Departamento de Química no Instituto de Ciências Exatas e Biológicas da UFOP.

  Amostra 1000 kg Homogeneização e quarteamento

  950kg 50kg

  Peneiramento Arquivar

  Passante 50mm Britagem

  Quarteamento 3 kg 25 kg - Processamento futuro

  Britagem Quarteamento

  2,25kg 750g Moagem

  Arquivo Disco Aberto Quarteamento

  250g 250g 250g Arquivo Mineralogia Moagem

  Disco Fechado Quarteamento

  50gr – Análise 50gr – 50gr – Análise 50gr – Análise termogravimétrica Difratometria de porosidade - BET Química raios X

  Figura 4-3 - Fluxograma do processamento da amostra global para preparação destas para as

diferentes análises .

4.3 Descrição e quantificação das espécies minerais

  Inicialmente foi realizado estudo macroscópico e microscópico das rochas classificadas como minério. Foram descritos e analisados aspectos estruturais e texturais destes materiais.

  Utilizando-se da técnica de caracterização mineralógica através do microscópio foram observadas as fases minerais com diferenças óticas que possibilitavam a sua separação e quantificação, bem como a ocorrência de poros que tivessem tamanhos compatíveis com a técnica empregada. Para determinar com precisão as fases minerais a serem quantificadas foram selecionadas seções nas lâminas, que foram submetidas a análises por EDS.

  As análises por EDS correspondem a determinação semi-quantitativa pontual (aproximadamente 5µm de diâmetro) da composição química de cada local estudado. Através da composição química e das características óticas tornou-se possível determinar a espécie mineral presente nos minérios (anexo 3 e 4).

  Paralelamente foi realizado o estudo de difratometria de raios-X para determinação qualitativa dos compostos presentes e a determinação da análise química de alíquotas da mesma amostra. A partir destas informações e da importância de suas características químicas, principalmente relacionado com a composição do elemento de interesse, definiu-se as fases minerais que foram quantificadas ao microscópio.

  A metodologia adotada foi a quantificação das seguintes fases minerais transparentes: granada, olivina, piroxenóides, carbonato, minerais ganga, opacos e quando possível a quantificação de poros. Entende-se por minerais ganga os minerais que não apresentam ou possuem teores baixos do elemento manganês em sua composição química, como por exemplo: micas e anfibólios. Após análise com a luz transmitida, foi realizado estudo com o microscópio configurado para luz refletida para fazer estudos dos minerais opacos. Nesta etapa os minerais quantificados foram: grafita, alabandita, petlandita, calcopirita e outros. Este último grupo contempla os demais minerais com ocorrência restrita.

  Esse método foi aplicado por partícula utilizando-se a objetiva com aumento de 20 vezes e a ocular com aumento de 10 vezes. Caso a partícula fosse maior que o campo de visão ao microscópio configurado com a descrição apresentada, fazia-se a quantificação a partir do campo observado. A quantificação obrigatoriamente somou-se ao montante de 100% por partícula ou campo de visão estudado. A quantificação foi realizada duas vezes por lâmina, uma para minerais transparentes e outra para minerais opacos.

  A seleção das partículas a serem contadas respeitou as trajetórias definidas nas lâminas como ilustra a figura 4-4. As partículas contabilizadas estavam no decorrer da trajetória selecionada. Os resultados foram expressos em percentual.

  Calculou-se a média aritmética do percentual de cada fase mineral por lâmina. Essa proporção foi ponderada pela densidade teórica de cada fase para obter a participação em peso de cada uma delas.

  Nome da amostra

Figura 4-4 - Trajetória utilizada para quantificação das partículas de uma lâmina delgada.

  Realizou-se também a quantificação do tamanho dos grãos das fases selecionadas para quantificação. Foi medido o maior diâmetro de um grão de cada mineral por partícula, estas últimas foram selecionadas de acordo com a metodologia adotada para quantificação espacial.

  Após a determinação do percentual em peso de cada mineral presente na amostra, foi feito o cálculo do teor de manganês através do percentual em peso de cada mineral e a média da composição deste elemento em cada fase. Essa média foi calculada a partir dos resultados das análises de EDS. Realizou-se finalmente a comparação entre o teor de manganês encontrado através da análise mineralógica e o teor de manganês obtido através da análise química para cada amostra.

  Como foram observadas discrepâncias significativas entre o teor de manganês obtido a partir dos dois diferentes métodos foi realizado um estudo de detalhamento do teor de manganês nos minerais minérios para os três diferentes tipos de minério. Essa decisão baseou-se no fato dos minerais presentes caracterizarem-se por soluções sólidas. O anexo 05 apresenta o exemplo da quantificação mineralógica de uma amostra com os respectivos cálculos.

  As amostras de ROM foram classificadas por faixa granulométrica, respeitando os limites definidos para os produtos da mina em estudo. Para as faixas granulométricas de granulado (50 a 6,3mm) e as duas faixas de sinter feed (6,3 a 1,18mm e 1,18 a 0,15mm) foi realizado estudo de quantificação mineralógica e análise química. O cálculo do teor de manganês foi obtido a partir da média do teor de manganês por mineral para cada tipo de minério, resultados dos estudos de EDS.

  Os dados foram analisados e tratados para identificar a distribuição das fases minerais por faixa granulométrica e compará-las com a proporção das fases no ROM.

4.4 Ensaios de Calcinação e Tamboramento

  Como o minério estudado é utilizado na fabricação de ferro ligas em fornos elétricos e o objetivo é buscar a interface entre os processos buscando ampliar o entendimento do comportamento deste, foi realizado um estudo de calcinação. A calcinação pode ser empregada no minério carbonatado de manganês antes de ser carregado no forno de ferro ligas.

  As amostras ROM classificadas por faixa granulométrica de granulado (50 a 6,3mm) e sinter feed (6,3 a 0,15mm) e as amostras de produto foram submetidas a ensaios de calcinação em quatro diferentes temperaturas 600ºC, 700ºC, 800ºC e 900ºC.

  As temperaturas foram definidas de acordo com as curvas termogravimétricas (anexo 6) onde se observa perda de massa significativa entre 600ºC e 900ºC. Os ensaios foram realizados em duplicatas para certificar os resultados obtidos. O equipamento utilizado foi a mufla Departamento de Física da UFOP e as amostras permaneceram na temperatura definida por quatro horas, cada uma pesando um quilo. O tempo utilizado para alcançar a temperatura proposta foi de acordo com a capacidade de aquecimento da mufla.

  A B

  Figura 4-5 – A – Foto ilustrando o agitador utilizado para peneirar as amostras antes e após o

tamboramento. B – Equipamento utilizado para fazer o ensaio de tamboramento.

  Figura 4-6 – Fluxograma descrevendo o processo de tamboramento que as amostras naturais e calcinadas foram submetidas.

  Amostra (1 kg) Homogeneização

  Quarteamento Peneiramento Reserva (500gr)

  Tamboramento Peneiramento

  Análise Química e PPC Após a calcinação as amostras foram submetidas ao ensaio de tamboramento no Laboratório de Redução da Redemat localizado no Departamento de Engenharia Metalúrgica da UFOP (Figura 4-5), conforme fluxograma da figura 4-6. Os parâmetros utilizados para os ensaios foram definidos baseados nos critérios do ensaio de RDI para o minério de ferro, norma da ABNT. Os ensaios foram realizados em alíquotas de 500 gramas. As amostras foram peneiradas com a utilização do agitador durante 2 minutos, tamboradas por 10 minutos num total de 300 voltas e novamente peneiradas por 2 minutos. A especificação do tambor utilizado é tambor rotativo para RDI Modelo AN4696TR, diâmetro interno do tambor: 130 +/- 2mm; comprimento do tambor: 200 +/- 2mm com duas aletas 20mm x 2mm e velocidade de Rotação: 30 +/- 1 rpm.

  As aberturas referentes às peneiras utilizadas no ensaio foram 37,5mm; 31,5mm; 19mm; 12,5mm; 9,5mm; 6,3mm; 5,6mm; 4,75mm; 3,35mm; 2,0mm; 1,18mm; 0,425mm e 0,15mm.

  Após o ensaio de tamboramento, as amostras foram homogeneizadas, quarteadas e destinadas à reserva e ensaios de análise química e PPC. As análises químicas foram realizadas no laboratório da Vale Manganês Morro da Mina pelo método de via úmida. As análises de PPC foram realizadas de acordo com o procedimento adotado no laboratório da mina. A amostra foi pulverizada, homogeneizada, quarteada e reduzida a um grama, submetida à temperatura de 900ºC na mufla por uma hora. Pesou-se a quantidade inicial e final da amostras em análise e foi calculado assim o percentual de perda de massa durante o ensaio.

  Os resultados dos diversos ensaios foram analisados, tratados e comparados. Foram utilizadas ferramentas de análise estatística para facilitar a interpretação dos resultados.

5 RESULTADOS E ANÁLISE DOS DADOS

  Este capítulo apresenta os resultados obtidos através dos ensaios de caracterização física, química e mineralógica dos diferentes tipos de minério e dos produtos. São descritos também os resultados relacionados aos ensaios de calcinação dos minérios e produtos, a geração de finos após calcinação e características químicas das amostras calcinadas. No último tópico são feitas algumas considerações e análises dos resultados previamente apresentados e apresentada uma proposta de uma nova classificação tipológica para o minério de manganês de Morro da Mina de acordo com os estudos realizados.

  Foi definido um padrão para identificação das amostras, composto por três partes: W*XY: W – relacionado a natureza da amostra, que pode ser minério advindo da mina ou produto, representado pelas letras M – Minério ou P – Produto

  • pode ser 1, 2 ou 3 e está relacionado com a classificação do minério: primeira, segunda e terceira

  XY – está relacionado com a classificação granulométrica do minério. Pode ser GR – granulado (50mm a 6,3mm), SF – sinter feed (6,3mm a 0,15mm), SF1 – sinter feed grosso (6,3mm a 1,18mm) e SF2 – Sinter feed fino (1,18mm a 0,15mm).

5.1 Análise Química e BET

  Nos ensaios de BET foram medidos os valores de porosidade ilustrados no gráfico da figura 5-1; os dados completos estão no anexo 01. Como pode ser observado, o minério de terceira apresenta valor mais elevado; o minério de segunda tem valor intermediário e minério de primeira apresenta o valor mais baixo de porosidade.

6 M 1 M 2 M 3

  2.17

3 .4 3

5 .46

  0 .4 6 5 0.7 18 1.2 90

  1

  2

  3

  4

  5

  Am ostras c m 3 /g Volume Total de Poros (cm3/g) - 0.3 - 300nm Volume dos microporos (cm3/g) - 0.3 a 2nm

  

Figura 5-1 - Volume de poros por tipologia de minérios de manganês carbonatado de Morro da

Mina.

  O minério em estudo apresenta valor de umidade muito baixa sem distinção entre as classes, conforme ilustra o gráfico na figura 5-2, com valores médios na ordem de 0,05%, inclusive para as faixas de sinter feed.

  0.00% 0.02% 0.04% 0.06% 0.08% 0.10% 0.12% M1GR M1SF M2GR M2SF M3GR M3SF PGR PSF Amostras P e rc e n tu a l

  

Figura 5-2 – Umidade das amostras tipológicas de minério de manganês, classificadas por faixas

granulométricas.

  A tabela 5-1 mostra os resultados das análises químicas globais para os minérios de manganês estudados. As análises químicas comprovam o critério de classificação utilizado na mina, sendo que o minério de primeira é o tipo mais rico em manganês com teor de 34,49% e com teor mais baixo em SiO (15,17%). O minério de segunda possui

  

2

  teores de 32,31% e 21,70% respectivamente para manganês e sílica e o minério de terceira apresenta teores de 33,21% de sílica e 28,75% de manganês.

  Tabela 5-1 – Teor dos principais elementos químicos das amostras tipológicas e de produtos de minérios de manganês de Morro da Mina Minério de Via Úmida

  ICP Mn Mn SiO Al O Ca Fe Mg P Ti TiO

  2

  2

  3

  2 M1 34.49% 15.17% 5.28% 2.91% 2.83% 1.06% 0.08% 0.10% 0.17%

M2 32.31% 21.70% 8.18% 3.88% 3.23% 0.76% 0.08% 0.15% 0.25%

M3 28.75% 33.21% 9.45% 3.72% 3.79% 0.93% 0.08% 0.16% 0.26%

PGR 31.97% 23.51% 8.27% 3.69% 4.19% 0.96% 0.11% 0.17% 0.28%

PSF 29.19% 28.69% 9.48% 3.31% 4.53% 0.88% 0.09% 0.18% 0.30%

  Foi realizado estudo por faixa granulométrica dos litotipos respeitando os limites da especificação dos produtos. A faixa granulométrica referente ao produto sinter feed foi subdividida em duas faixas: 0,015 a 1,19mm e 1,19mm a 6,35mm. Os dados de recuperação para as três faixas estão apresentados na tabela 5-2. Conforme se pode observar trata-se de um minério compacto com recuperação elevada para o granulado, na média de 90% (noventa por cento) nos três litotipos. O minério de terceira apresentou uma recuperação para o granulado (84,93%) ligeiramente menor que para o minério de segunda (90,18%) e primeira (92,30%).

  Tabela 5-2 – Resultados de análise química das amostras tipológicas de minério de manganês classificadas por faixas granulométricas.

  

Via Úmida

  ICP Recuperação Tipo Granulometria em massa Mn SiO Al O Ca Fe Mg P

  2

  2

  3 M1SF2

  0.86% 33.88% 20.15% 4.56% 2.24% 7.10% 1.10% 0.07%

  

  M1SF1 5.34% 35.72% 17.87% 5.61% 3.17% 3.23% 1.06% 0.08%

  M1GR 92.30% 35.37% 16.77% 5.73% 3.20% 2.96% 1.04% 0.07% M2SF2

  1.18% 33.02% 20.80% 5.81% 3.45% 4.75% 0.94% 0.08%

  

  M2SF1 7.25% 33.77% 18.72% 6.36% 3.99% 3.16% 0.90% 0.07% M2GR

  90.18% 32.98% 17.62% 6.56% 3.93% 3.08% 0.91% 0.07% M3SF2 2.81% 30.05% 31.98% 9.27% 2.76% 5.51% 0.85% 0.07%

   M3SF1

  8.70% 30.66% 31.60% 9.26% 3.14% 3.91% 0.94% 0.08% M3GR

  84.93% 30.07% 33.13% 11.60% 3.58% 3.93% 0.87% 0.09% Os minérios de primeira, de segunda e de terceira de Morro da Mina apresentam diferenças pouco significativas por faixa granulométrica (granulado e sinter feed) nos teores de manganês e sílica, quando comparadas ás amostras de ROM, conforme ilustram os gráficos das figuras 5-3 e 5-4. Comparando-se o teor de manganês para as três faixas granulométricas estudadas, o minério de primeira apresenta teores de 33,88%; 35,72% e 35,37% da faixa mais fina do sinter feed para a mais grossa

  (granulado); o minério de segunda, teores de 32,98%, 33,77% e 33,02% e o minério de terceira 30,07%, 30,66% e 30,05%, respectivamente para sinter feed fino, sinter feed grosso e granulado. No minério de primeira os teores de sílica são de 16,77%, 17,87% e 20,15%; no minério de segunda de 17,62%; 18,72% e 20,80% e no minério de terceira 33,13%, 31,60 e 31,98%, respectivamente para as faixas do granulado, sinter feed fino e sinter feed grosso.

  40% 35% s ê n a g

  30% n a M e 25% d o s e 20% p m e

  15% l a tu n

  10% e rc e P

  5% 0%

Primeira Segunda Terceira

  

Amostras

ROM Granulado Sinter Grosso Sinter Fino

  

Figura 5-3 – Teor de manganês nas amostras tipológicas de minérios de manganês classificados por

faixa granulométrica

35% 30% o s

  25% e p m e

  2 20% iO S e d l 15% a tu n e rc

  10% e P

  5% 0%

Primeira Segunda Terceira

  Amostras

ROM Granulado Sinter Grosso Sinter Fino

  Figura 5-4 – Teor de SiO 2 nas amostras tipológicas de minérios de manganês classificados por faixa

granulométrica.

5.2 Mineralogia

  As principais características macroscópicas das rochas classificadas como minério estão relacionadas com a estrutura e coloração. Todas possuem estrutura compacta e a diferença entre os três tipos de minério é sutil, caracterizada principalmente pela coloração da rocha. O minério de primeira apresenta coloração cinza homogênea, o minério de segunda apresenta coloração cinza com vênulas milimétricas de coloração branca e o minério de terceira apresenta coloração cinza claro e às vezes coloração rosada em alguns pontos (Figura 5-5 A, B e C) A

  B C

  

Figura 5-5 Fotos macroscópicas das rochas de minério de manganês de Morro da Mina. A –

Minério de primeira; B – Minério de Segunda ; C – Minério de Terceira

  Microscopicamente, os três tipos de minério possuem a mesma assembléia mineralógica, diferenciando-se somente no percentual de cada fase mineral em cada tipo. Não foi observada porosidade em nenhum dos tipos de minério, através de microscopia óptica.

  • Silicatos: espessartita (granada), tefroíta (olivina), rodonita (piroxenóide).
  • Carbonato: rodocrosita .- Sulfeto: alabandita Além destes ocorrem também os seguintes minerais ganga: grafita, grunerita

5.2.1 Granada

3 B

  

  , Zr e Si T= Si, mas pode ocasionalmente ser Fe

  3+ , Al, Ti, P e OH.

  As espécies geralmente representam membros finais de séries isomorfas, porém uma amostra cuja composição corresponda ao membro final é muito rara. O nome, portanto, é atribuído considerando a molécula presente dominante.

  A granada é característica de rochas metamórficas, mas ocorre também em alguns granitos, rochas vulcânicas ácidas e kimberlitos. Por ser bastante resistente a abrasão e ataque químico, este mineral é encontrado em sedimentos detríticos (Deer et.

  al. 1978, 1982).

  A espécie que apresenta o elemento manganês na posição A, é denominada espessartita e, quando pura, apresenta as seguintes características

  2

  : Fórmula química: Mn

  , Ti

  (SiO

  4

  )

  3 

  www.webmineral.com

  3+

  3+

  Os principais constituintes do minério de Morro da Mina portadores de manganês são carbonatos, silicatos e sulfetos. Como minerais ganga ocorrem os anfibólios, micas, grafita e alguns sulfetos.

  )

  Os resultados de difratometria de raios-X indicaram os seguintes minerais minérios presentes nas amostras:

  (anfibólio) e anita (mica). Os difratogramas estão disponíveis no anexo 02 para todas as amostras tipológicas e de produto.

  Os minerais minério perfazem mais de 85% em peso da composição mineralógica e serão descritos separadamente. Os minerais ganga serão descritos sucintamente em um único tópico.

  O grupo da granada apresenta 15 espécies minerais com a seguinte composição química A

  2

  (TO

  4

  3

  , Ti e Zn, com traços de Mn

  , sendo (Gaines et. al., 1997): A = Ca, Fe

  2+ , Mg, Mn e alguns traços de Zn, Y e Na.

  B= Al, Fe

  3+

  , Cr

  3+

  , V

  3+

3 Al

  Composição química em peso: Mn=33,29%; O=38,78%; Si=17,02% e Al=10,90%. Dureza (escala de Mosh): 7– 7¼

3 Densidade: 4,18 g/cm

  A espessartita apresenta composição variada entre 97% e 52% de moléculas de Mn na posição A. O principal substituto é a almandina [Fe Al (SiO ) ]. Porém ocorrem

  3

  2

  4

  3

  também substituições por grossularita [Ca Al (SiO ) ] e raramente por andradita

  3

  2

  4

  3

  [Ca (Fe, Ti) (SiO ) ]. As proporções de substituição por piropo [Mg Al (SiO ) ] são

  3

  2

  4

  3

  3

  2

  4

  3

  raras (Deer et. al., 1982). A figura 5-6 ilustra as variações nas substituições entre as diferentes moléculas de espessartita, grossularita e piropo nas amostras de minério de Morro da Mina classificadas por tipologia. Observa-se que ocorre tanto substituições por grossularita como por piropo. Não é possível identificar um padrão de substituição nas amostras classificadas por tipo.

  

Espessartita

Mn Al (SiO )

3

2

4 3 Piropo Grossularita Mg Al (SiO ) Ca Al (SiO ) 3 2 4 3 3 2 4 3 Figura 5-6 - Variações nas substituições entre as diferentes moléculas de espessartita, grossularita e

piropo nas amostras de minério de Morro da Mina. Total: 73 análises. Triângulos vermelhos –

Minério de primeira; Quadrados rosa – minério de segunda; Losangos azuis – minério de terceira

  A espessartita ocorre como cristais euédricos arredondados e normalmente com inclusões de carbonato, possivelmente rodocrosita; raramente ocorre sem inclusões. Ocorre também como inclusões em minerais de granulometria maior, como nos grãos de olivina e piroxenóide (Figura 5-7). É comum encontrar bordas corroídas e substituídas por carbonato e às vezes todo o grão encontra-se substituído onde se observa somente fantasma do grão previamente existente reconhecido pelo seu formato característico.

  A B C

  D

  Figura 5-7 - Fotomicrografias ilustrando as características da espessartita. Largura das fotomicrografias: 500 µm. A – Partícula composta essencialmente por granada; luz transmitida, nicóis paralelos. B – Partícula onde se observam microinclusões nos grãos de granada; luz transmitida, nicóis cruzados. C e D – Partículas onde os cristais de espessartita encontram-se como inclusões em outras fases minerais, luz transmitida, nicóis cruzados.

  O tamanho da espessartita também é variável com uma média de 150 µm, como pode ser observado na figura 5-8. Observa-se que a média do diâmetro desse mineral é maior no minério classificado como terceira e menor nos minério classificados como segunda. Apresenta maior participação em peso nos minérios classificados como segunda e terceira.

  

Figura 5-8 - Distribuição dos tamanhos dos grãos da espessartita nas amostras tipológicas de

minério de manganês

5.2.2 Carbonato A classe dos minerais denominada carbonato se divide em dois grandes grupos.

  O grupo da calcita que consiste em minerais com estrutura cristalina hexagonal / romboédrica e o grupo da aragonita cuja estrutura é pseudo-hexagonal. O grupo da calcita apresenta a composição química de ACO

  3 , onde (Gaines et. al., 1997): A= Ca, Mg, Mn, Fe, Co, Ni, Zn ou Cd.

  As espécies pertencentes a este grupo geralmente apresentam algum tipo de solução sólida com os diferentes cátions. Entre os pares Ca-Cd, Mg-Co, Mg-Mn, Fe-Mg e Fe-Mn a miscibilidade é completa, porém é limitada nos pares Ca-Mg, Ca-Fe, Ca-Mg, Ca-Co, Ca-Ni e Ni-Mg (Gaines et. al., 1997).

  O mineral de carbonato que apresenta valores elevados do elemento químico manganês é denominado rodocrosita e apresenta as seguintes características quando se encontra puro:

  Fórmula química: MnCO

3 Composição química em peso: Mn=47.49% O=41.76% e C=10.45%

  Dureza [escala de Mohs]: 3½-4 Densidade: 3,72 g/cm

  3 A presença de minerais de rodocrosita é comum em veios hidrotermais de baixa temperatura, em depósitos metassomáticos de alta temperatura e em depósitos de óxidos e hidróxidos de ferro e manganês.

  Observam-se variações nos teores de manganês devido a substituições de Ca, Fe e Mg. Essas substituições ocorrem no depósito de Morro da Mina e estão ilustradas no gráfico 5-9. Observa-se que as substituições por calcita são mais freqüentes. Não foi possível individualizar padrão de substituição por litotipo.

  Mn Rodocrosita Ca Mg Calcita Dolomita

  

Figura 5-9 - Variações nas substituições entre os diferentes cristais de rodocrosita nas amostras de

minério de manganês de Morro da Mina. Total: 65 análises. Triângulos vermelhos – Minério de

primeira; Quadrados rosa – minério de segunda; Losangos azuis – minério de terceira

  No depósito de Morro da Mina, os minerais de rodocrosita apresentam textura granoblástica, com contatos retilíneos poligonais e granulometria fina. É comum a presença de cristais de carbonato como inclusões muito finas na espessartita. Ocorrem também como inclusões nos minerais de tefroíta e rodonita. Apresenta-se ainda como resultado do processo de substituição e preenchendo fraturas em grãos de outras fases minerais (Figura 5-10).

  A B

  Figura 5-10 - Fotomicrografias ilustrando as características da rodocrosita. Largura das fotomicrografias 500 µm. A – Partícula constituída por cristais granoblásticos de rodocrosita luz transmitida, nicóis cruzados. B – Partícula onde se observa a presença de rodocrosita preenchendo as fraturas, luz transmitida, nicóis cruzados.

  Observa-se que os minerais de rodocrosita apresentam tamanhos médios de 150µm, porém no minério classificado como primeira, os cristais de rodocrosita encontram-se com dimensões maiores, como pode ser observado no gráfico 5-11.

  40 Variable RDC _R1 RDC _R2 RDC _R3 RDC _PG

  30 Mean StDev N 0.2684 0.1775 76

  ) 0.1279 0.08399 75

  % ( 0.2171 0.1105 56 ia

  0.1273 0.08696 59 c n

  20 ê u q e Fr

  10

  0.00

  0.16

  0.32

  0.48

  0.64

  0.80 Tamanho dos grãos (mm) Figura 5-11 - Distribuição do tamanho do diâmetro dos grãos de rodocrosita nas amostras tipológicas do minério de manganês (RDC - Rodocrosita)

5.2.3 Olivina

  As espécies minerais pertencentes ao grupo da olivina caracterizam-se por serem silicatos isoestruturais com a seguinte composição química A (SiO ), sendo (Gaines et.

  2

  4 al., 1997):

  2+

  A = Zn, Ni, Mg, Fe , Mn, Ca A olivina é muito susceptível a alteração, gerando principalmente serpentina, talco, clorita e óxidos de ferro e manganês. A espécie que apresenta o elemento químico manganês na posição A é denominada de tefroíta e apresenta as seguintes

  

  características : Fórmula química: Mn SiO

  2

4 Composição química em peso: Mn=54,41%; O=31,69; Si=13,91

  Dureza (escala de Mosh): 5½ - 6

3 Densidade: 3,97 g/cm

  A tefroíta [Mn (SiO )] forma uma solução sólida com a faialita [Fe (SiO )] e a

  2

  4

  2

  4

  forsterita [Mg (SiO )]. No caso da tefroíta existente em Morro da Mina ocorre pouca

  2

  4

  substituição de faialita predominando a substituição por forsterita, como ilustra o gráfico da figura 5-12. Não foi identificado um padrão de substituição por tipologia.

  Mn Tefroíta Fe Mg+F Faialita Forsterita

  

Figura 5-12 - Variações nas substituições entre os diferentes cristais de tefroíta nas amostras de

minério de Morro da Mina. Total: 46 análises. Triângulo vermelho – Minério de primeira;

Quadrado rosa – minério de segunda; Losango azul – minério de terceira.

  

  www.webmineral.com

  A tefroíta pode ser formada pela reação metassomática da rodonita com rodocrosita ou mangano-calcita ou pela reação entre mangano-calcita e quartzo. Geralmente está associada a depósitos de minério de ferro e manganês e escarnitos. Também está relacionada à ambientes de metamorfismo de contato, desde que haja rochas ricas em manganês (Gaines et. al., 1997).

  No depósito de Morro da Mina a tefroíta ocorre com textura poiquilítica com inclusões de cristais de diferentes fases minerais. Apresenta grandes dimensões quando comparada com aos cristais de espessartita e rodocrosita, com média aproximada de 500µm (figura 5-16), o que impossibilita a determinação de seu hábito, por ser maior que o tamanho das partículas descritas. As microfotografias da figura 5.13 ilustram a textura dos cristais de tefroíta.

  B A

  Figura 5-13 - Fotomicrografias ilustrando as características da tefroíta. Largura das fotomicrografias: 500 µm. A – Partícula composta essencialmente por tefroíta com inclusões de espessartita; luz transmitida, nicóis cruzados. B – Partícula onde se observa a substituição de porções da tefroíta por carbonato. E anfibólio; luz transmitida, nicóis cruzados.

5.2.4 Piroxenóides

  Dentro da classe de piroxenóides existe um grupo denominado Rodonita, que consiste da seguinte composição química R [Si O (O,OH)] sendo (Gaines et. al.,

  

5

  5

  14

  1997):

  2+ 3+

  R= Mn, Ca, Fe , Fe , Li, Na,

  A espécie mineral denominada rodonita apresenta a fórmula química descrita

  

  abaixo e as seguintes características : Fórmula química: (Mn, Fe, Mg, Ca)

  

5 (Si

  5 O 15 )

  Composição química em peso: Mn=38,29%; O=37,17%; Si=21,75%; Ca=1,55%, Fe=0,86% e Mg=0,38% Dureza (escala de Mohs): 5½ - 6½

3 Densidade: 3,55 g/cm

  Geralmente apresenta substituições de ferro, cálcio e magnésio. Altera-se via processo de intemperismo para óxidos de manganês pirolusita e/ou coronadita, diretamente ou via rodocrosita. É encontrada em depósitos de minério de manganês e está associada a atividades metassomáticas. Geralmente resulta do metamorfismo de contato de rochas ricas em rodocrosita pela intrusão metassomática de sílica, ou como resultado do metamorfismo de rochas ricas em rodocrosita e quartzo (Gaines et.

  al.,1997).

  A figura 5-14 apresenta o gráfico ilustrando as principais substituições observadas em algumas análises pontuais em amostras de rodonita, classificadas por litotipo. De acordo com análise do gráfico não existe predominância nas substituições e nem um padrão nas amostras classificadas por tipo. Leverett et. al., 2008 descreve a rodonita de Morro da Mina como enriquecida em cálcio, magnésio e ferro, que está de acordo com as análises realizadas.

  

  www.webminneral.com

  Mn Ca Fe+Mg

  Figura 5-14 Variações nas substituições entre os diferentes cristais de rodonita nas amostras de minério de Morro da Mina. Total: 42 análises. Triângulo vermelho – Minério de primeira; Quadrado rosa – minério de segunda; Losango azul – minério de terceira

  No depósito de Morro da Mina a rodonita ocorre como cristais euédricos tabulares de granulometria grossa, geralmente poiquiloblástico com inclusões de rodocrosita, granada, espessartita e sulfetos. As fotomicrografias da figura 5-15 ilustram a forma de ocorrência da rodonita.

  B A

  Figura 5-15 - Fotomicrografias ilustrando as características da rodonita. Largura das fotomicrografias: 500 µm. A – Partícula composta essencialmente por um cristal de rodonita poiquiloblástico com inclusões de granadas e alterações para anfibólio; luz transmitida, nicóis cruzados. B – Partícula onde se observa a clivagem características dos piroxênios/piroxenóides; luz transmitida, nicóis cruzados.

  Os cristais apresentam dimensões semelhantes às dimensões dos cristais de tefroíta, com média de 500µm, como pode ser observado no gráfico da figura 5-16.

  Tamanho dos grãos (mm) P e rc e n tu a l (% )

  2.0

  B: S, Se, Te A espécie que apresenta a composição química MnS é denominada alabandita e apresenta as seguintes características (www.webmineral.com): Fórmula química: MnS Composição química em peso: Mn= 63,14% e S=36,86% Dureza (escala de Mohs): 3½ - 4 Densidade: 4,05 g/cm

  O mineral minério de manganês opaco que ocorre em Morro da Mina pertence ao grupo da galena, que tem a fórmula química AB, sendo (Gaines et.al., 1997): A: Pb, Mn, Ca, Mg

  

Figura 5-16 - Distribuição de tamanho de partícula da rodonita/tefroíta nos minérios de manganês

de Morro da Mina. (RDTF – Rodonita e Tefroíta)

  0.4892 0.4039 73 Variable RDTF_M1 RDTF_M2 RDTF_M3 RDTF_PGR

  0.5743 0.3622 56 0.5335 0.4192 52 StDev N 0.6649 0.6287 61

  10

  15

  20

  25

  30

  35

5 Mean

  0.0

  0.5

  1.0

  1.5

5.2.5 Alabandita

3 A alabandita ocorre na forma de cristais isomorfos preenchendo os interstícios entre outros cristais, como ilustra a figura 5-17.

  A B

  

Figura 5-17 - Fotomicrografias ilustrando as características da alabandita. Largura das

fotomicrografias: 400 µm. A – Partícula ilustrando cristais de alabandita entre os cristais de

granada e rodocrosita; luz refletida. B – Partícula onde se observa o formato isomorfo dos cristais

de alabandita; luz refletida.

5.2.6 Minerais Ganga

  Como minerais gangas ocorrem principalmente anfibólios, micas, sulfetos e grafita. A grafita, cuja fórmula química é C, é o mineral ganga mais abundante nas amostras analisadas. Os minerais possuem granulometria fina e textura decussada, como ilustra a fotomicrografia da figura 5-18.

  

Figura 5-18 - Fotomicrografias ilustrando as características grafita. As setas ilustram a textura

decussada. Luz refletida. Largura da fotomicrografia: 250 µm.

  O anfibólio que foi identificado através do método de difratometria de raios X foi a espécie grunerita, que apresenta a fórmula química Fe Si O (OH) . Este mineral

  7

  8

  22

  2

  ocorre como produto de alteração de outras fases minerais com textura decussada na est rutura da rocha e de granulometria fina, aproximadamente 40µm. Geralmente apresenta hábito fibroso ou asbestiforme e está relacionado com metamorfismo de contato ou regional em rochas básicas. (Gaines et.al., 1997): A figura 5-19 ilustra a descrição acima.

  

Figura 5-19 - Fotomicrografias ilustrando as características da grunerita. As setas ilustram a

textura decussada. Luz transmitida, nicóis paralelos. Largura da fotomicrografia: 500µm.

  A mica que foi identificada nos difratogramas de raios-X foi a anita, cuja fórmula química é KFe AlSi O (OH,F) . Apresenta-se como cristais subédricos e com

  3

  3

  10

  2

  textura decussada como ilustra a fotomicrografia 5-20. Apresenta pouca ocorrência nas amostras analisadas.

  

Figura 5-20 - Fotomicrografia ilustrando as características da mica. A seta ilustra a característica

subédrica. Luz transmitida, nicóis paralelos. Largura da fotomicrografia: 500µm.

  A figura 5-21 ilustra o tamanho médio dos minerais ganga, que apresentam média de aproximadamente 150 µm.

  20

  para efeito dos cálculos, por representar a média teórica dos minerais presentes. Esses dados estão apresentados na tabela 5-3

  3

  A quantificação foi aplicada inicialmente para as cinco amostras que foram geradas na mina, os dados foram ponderados pela densidade de cada fase mineral para gerar o percentual em volume de cada fase mineral. Para a classe de minerais ganga foi considerada a densidade de 3,0 g/cm

  De acordo com a descrição microscópica e mineralógica das amostras foram definidas as fases minerais a serem quantificadas, sendo elas: alabandita, espessartita, rodocrosita, rodonita, tefroíta e minerais ganga. Os minerais minério foram descritos separadamente e os minerais ganga foram agrupados em uma classe única e quantificados de forma conjunta.

  Ainda ocorrem alguns sulfetos como pirita, calcopirita e pentlandita. Porém, esses minerais são raros e associados aos cristais de alabandita.

  

Figura 5-21 – Distribuição do tamanho dos grãos dos minerais ganga presentes nos minérios de

manganês de Morro da Mina. (GG – Minerais Ganga)

  0.07508 0.05966 61 Variable GG_M1 GG_M2 GG_M3 GG_PGR

  0.1739 0.1504 44 0.1577 0.1391 35 StDev N 0.2064 0.1875 53

  30

  Tamanho dos grãos (mm) P e rc e n tu a l (% )

  40

  50

  60

  70

10 Mean

  0.0

  0.2

  0.4

  0.6

  0.8

5.3 Quantificação Mineralógica

  Tabela 5-3 Percentuais em volume das fases minerais presentes nas amostras de minério de manganês de Morro da Mina, quantificados por microscopia óptica. Amostra Espessartita Tefroíta Rodonita Rodocrosita Alabandita Ganga

  M1 20.56% 19.90% 3.04% 36.73% 2.38% 17.39% M2 27.57% 6.56% 25.58% 25.79% 2.83% 11.68% M3 28.44% 6.30% 21.61% 18.47% 2.84% 22.34%

  PGR 24.98% 15.72% 6.15% 26.94% 4.22% 21.99% PSF 24.73% 5.86% 15.34% 25.64% 3.12% 25.30%

  A fim de validar a metodologia utilizada, foi calculado o teor de manganês a partir da quantificação das fases minerais, pela participação em peso e teor de manganês de cada fase. O teor de manganês considerado para cada fase foi calculado a partir da média deste nas análises de EDS e os resultados encontram-se na tabela 5-4. As análises de EDS estão nos anexos 3 e 4 e o cálculo realizado no anexo 5.

  Tabela 5-4 - Teores de manganês dos minérios de Morro da Mina resultantes de análises químicas e dos cálculos através da quantificação por mineralogia

Teor de Mn

Amostra Diferença

  

Mineralogia Análise química

  M1 30.54% 34.49% 11.46% M2 29.44% 32.31% 8.89% M3 25.76% 28.75% 10.39%

  PGR 28.42% 31.97% 11.09%

  12.41%

  PSF 25.57% 29.19% O erro encontrado ao comparar os teores de manganês obtido pelos dois métodos de determinação foi considerado elevado, cerca de 10,8% na média. Atribui-se isto ao fato de várias fases quantificadas serem soluções sólidas, tornando difícil a determinação precisa do percentual em peso de manganês em cada partícula.

  De forma a minimizar essa diferença, foi realizado um estudo de caracterização do teor de manganês por fase mineral e por tipologia. O estudo foi feito através da determinação do teor de manganês em vários cristais da mesma fase mineral por microssonda eletrônica. O número de ensaios realizados por fase mineral e litotipo está ilustrado na figura 5-22, sendo 82 análises para as amostras do minério de primeira, 75 para o minério de segunda e 92 para o minério de terceira; totalizando 249 análises. Os dados de EDS por litotipo encontram-se no anexo 04. Esse estudo objetivou investigar a média do teor de manganês por mineral, cujo resultado está descrito na figura 5-23.

  O número de partículas quantificadas por amostra foi acrescido em 100% de forma a agregar maior confiabilidade ao método. Inicialmente foram quantificadas 100 partículas por amostra e posteriormente passou-se a quantificar 200 partículas.

  A espessartita nas amostras do minério de primeira apresenta teor médio de manganês de 31,7%, nas amostras de segunda 30,6% e nas amostras de terceira 29,9%. O teor médio da rodocrosita nas amostras de primeira é 34,0%, nas amostras de segunda 33,4% e nas amostras de terceira 30,3%. A rodonita possui teor médio de manganês de 34,9% nas amostras de primeira, 30,3% nas amostras de segunda e 34,7% nas amostras de terceira. O comportamento da média do teor de manganês da tefroíta foi diferente, com teor mais elevado para o minério de terceira (45,5%), valor intermediário no minério de primeira (44,8%) e valor mais baixo no minério de segunda (44,6%), conforme ilustra o gráfico da figura 5-23.

  30

  27

  24

  21 s io a

  18 s n e e

  15 d ro e

  12 m ú N

  9

  6

3 Esperssatita Rodocrosita Rodonita Tefroíta

  Fases minerais Minério de Primeira Minério de Segunda Minério de Terceira

  

Figura 5-22 - Número de microanálises eletrônicas por EDS em cada mineral majoritário dos tipos

de minério de manganês de Morro da Mina.

50 Esperssatita Rodocrosita Rodonita Tefroíta

  5

  

Minério de Primeira Minério de Segunda Minério de Terceira

Figura 5-23 - Teores de manganês nas diferentes fases minerais majoritárias dos tipos de minérios

de manganês de Morro da Mina, determinados por microssonda eletrônica com EDS.

  

Figura 5-24 – Composição mineralógica por faixa granulométrica do minério de manganês de

Primeira de Morro da Mina.

  Am ostras P e rc e n tu a l e m p e s o

Esperssatita Rodocrosita Tefroíta Rodonita Alabandita Ganga

  100%

  0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

  Foi então realizado o estudo de quantificação das fases minerais das amostras tipológicas classificadas pelas seguintes faixas granulométricas: 0,15mm a 1,18mm (sinter fino); 1,18mm a 6,3mm (sinter grosso) e 6,3mm a 50,8mm (granulado). Os resultados estão ilustrados nas figuras 5-24, 5-25 e 5-26.

  

Fases Minerais

P e rc e n tu a l e m p e s o ( % )

  10

  45

  40

  35

  30

  25

  20

  15

M1 M1GR M1SF1 M1SF2

  0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

  100%

M2 M2GR M2SF1 M2SF2

  Am ostras P e rc e n tu a l e m p e s o Esperssatita Rodocrosita Tefroíta Rodonita Alabandita Ganga

  Figura 5-25 - Composição mineralógica por faixa granulométrica do minério de manganês de Segunda de Morro da Mina.

  0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

  100%

M3 M3GR M3SF1 M3SF2

  Am ostras P e rc e n tu a l e m p e s o Esperssatita Rodocrosita Tefroíta Rodonita Alabandita Ganga

  Figura 5-26 - Composição mineralógica por faixa granulométrica do minério de manganês de Terceira de Morro da Mina.

5.4 Ensaios físicos

  Após a fase de caracterização química e mineralógica foi realizado estudo de calcinação e tamboramento nas amostras de produto e ROM classificados em duas faixas granulométricas: sinter feed (0,15mm a 6,35mm) e granulado (50,8mm a 6,35mm). Os ensaios foram realizados em duplicata para certificar os resultados alcançados. Os gráficos das figuras 5-27 e 5-28 mostram a perda de massa durante as calcinações nas temperaturas de 600ºC, 700ºC, 800ºC e 900ºC. O valor no gráfico representa à média das duas amostras ensaiadas.

  0.0% 2.0% 4.0% 6.0% 8.0% 10.0%

  12.0% 14.0% 16.0% 18.0%

M1SF M2SF M3SF PSF

  Amostras P e rc e nt ua l Calcinado 600ºC Calcinado 700ºC Calcinado 800ºC Calcinado 900ºC

  

Figura 5-27 – Perda de massa durante a calcinação de sinter feed das tipologias de minérios de

manganês sílico-carbonatado de Morro da Mina.

  0.0% 2.0% 4.0% 6.0% 8.0% 10.0%

  12.0% 14.0% 16.0% 18.0%

M1GR M2GR M3GR PGR

  

Amostras

P e rc e n tu a l

  Calcinado 600ºC Calcinado 700ºC Calcinado 800ºC Calcinado 900ºC

Figura 5-28 - Perda de massa durante a calcinação de granulados das tipologias de minérios de

manganês sílico-carbonatado de Morro da Mina. As figuras 5-29 e 5-30 mostram os resultados de análises de PPC em amostras previamente calcinadas. Observa-se que o aumento da temperatura de calcinação redundou na diminuição do PPC em até 98% quando comparado à amostra natural. Nas calcinações nos granulados a 600ºC a média de redução do PPC foi de 33%; a 700º de 64%; a 800ºC de 90% e 900ºC a média da redução foi de 95%. Para o sinter feed a redução do PPC foi de 40% a 600º, 71% a 700ºC, 92% a 800ºC e 96% a 900ºC.

  0.0% 2.0% 4.0% 6.0% 8.0% 10.0%

  12.0% 14.0% 16.0% 18.0%

M1SF M2SF M3SF PSF

  Amostras P e rc e n tu a l Natural Calcinado 600ºC Calcinado 700ºC Calcinado 800ºC Calcinado 900ºC

  

Figura 5-29 – Resultados de PPC em amostras naturais e calcinadas de sinter feed do minério

sílico-carbonatado de Morro da Mina

0% 2% 4% 6% 8% 10%

  12% 14% 16% 18%

M1GR M2GR M3GR PGR

  Amostras P e rc e n tu a l

Natural Calcinado 600ºC Calcinado 700ºC Calcinado 800ºC Calcinado 900ºC

  

Figura 5-30 - Resultados de PPC em amostras naturais e calcinadas de granulado do minério sílico-

carbonatado de Morro da Mina

  O comportamento do teor do manganês nas amostras naturais e calcinadas está ilustrado na figura 5-33 para o granulado e na figura 5-34 para o sinter feed. Observa-se que no granulado a concentração média de manganês foi de 3,95% a 700ºC; 3,54% a 800ºC e 4,89% a 900ºC (pontos acrescidos). Nas amostras realizadas a média da concentração de manganês a 600ºC para o granulado foi nula. Para o sinter feed, a concentração média de manganês foi de 0,84% a 600ºC, 2,86% a 700ºC; 3,94% a 800ºC e 3,68% a 900ºC.

  0.0% 5.0% 10.0% 15.0% 20.0% 25.0% 30.0% 35.0% 40.0% 45.0%

M1SF M2SF M3SF PSF

  Amostras P e rc e n tu a l e m p e s o Natural Calcinado 600ºC Calcinado 700ºC Calcinado 800ºC Calcinado 900ºC

  

Figura 5-31 – Teor de manganês das amostras de sinter feed naturais e calcinadas

0% 5%

  10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%

M1GR M2GR M3GR PGR

  Amostras P e rc en tu a l e m p e so Natural Calcinado 600ºC Calcinado 700ºC Calcinado 800ºC Calcinado 900ºC

Figura 5-32 - Teor de manganês das amostras de granulado naturais e calcinadas. Os gráficos das figuras 5-33 e 5-34 ilustram o percentual de fino gerado após o tamboramento nas amostras de sinter feed e granulado naturais e após calcinação nas quatro temperaturas. Considera-se fino o material com granulometria inferior a 6,3mm para o granulado e com granulometria inferior a 0,15mm para o sinter feed.

  O minério de primeira apresentou maior percentual de finos em ambos casos: sinter feed e granulado para as mesmas temperaturas. Para a calcinação de 900ºC o granulado de primeira gerou 6,3% de finos; o de segunda, 3,22% e o de terceira 0,94%. O sinter feed de primeira na calcinação a 900ºC gerou 3,54% de finos; o de segunda 1,60% e o de terceira 0,81%. Os produtos granulado e sinter feed geraram 1,86% e 1,36% respectivamente.

  0,0% 0,5% 1,0% 1,5% 2,0% 2,5% 3,0% 3,5% 4,0%

M1SF M2SF M3SF PSF

  Amostras P e rc e nt ua l Natural Calcinado 600ºC Calcinado 700ºC Calcinado 800ºC Calcinado 900ºC

  

Figura 5-33 - Percentual de finos (<0,15mm) gerados após o tamboramento nas amostras naturais e

calcinadas de sinter feed dos tipos de minérios de manganês sílico-carbonatado de Morro da Mina.

  7% 6% 5% l

  4% ua nt e rc

  3% e P

  2% 1% 0% M1GR M2GR M3GR PGR

  Amostras

Natural Calcinado 600ºC Calcinado 700ºC Calcinado 800ºC Calcinado 900ºC

  

Figura 5-34 - Percentual de finos (< 6,3mm) gerados após o tamboramento nas amostras naturais e

calcinadas de granulados dos tipos de minérios de manganês sílico-carbonatado de Morro da Mina.

5.5 Análise dos Dados

  Os minérios do depósito de Morro da Mina são rochas poliminerálicas compostas principalmente por silicatos, carbonatos e sulfetos. Os litotipos de minério apresentam a mesma assembléia mineralógica diferenciando-se somente na participação em peso das diferentes fases minerais.

  A natureza compacta da rocha se reflete na elevada recuperação em peso para o granulado nos três litotipos, numa média de 90%. O minério de terceira apresentou recuperação mais baixa, cerca de 85% para o granulado, possivelmente devido a maior participação em peso de minerais ganga, que no minério de terceira apresentou 22%, no minério de segunda 11% e no minério de primeira 17%.

  A diferença no teor de manganês entre as três faixas granulométricas é muito baixa nos três litotipos. O valor máximo foi de 1,49% para o minério de primeira e valores inferiores a 0,8% para os minérios de segunda e terceira. Esse fato deve-se a estrutura maciça do minério, a natureza similar dos minerais minérios e ganga (silicatos e sulfetos) e a ocorrência disseminada de minerais ganga que dificulta a liberação de minerais minério e ganga durante a redução granulométrica nas faixas estudadas.

  A diferença observada entre o teor de manganês calculado a partir da quantificação mineralógica e a análise química deve-se principalmente à variabilidade do teor de manganês por mineral. Esses minerais caracterizam-se por soluções sólidas entre o manganês e outras substâncias, o que afeta, de forma significativa, a faixa do teor do elemento estudado em cada grão.

  De acordo com os dados levantados, a classe mineralógica que apresenta maior intensidade de substituição na estrutura cristalina é o carbonato, seguido da rodonita, tefroíta e espessartita. O índice de substituição pode ser medido indiretamente pelo desvio padrão do teor de manganês, ou diretamente pela dispersão nos gráficos triangulares nas figuras 5-6, 5-9, 5-12 e 5-14. O desvio padrão na rodocrosita é de 7,39; na rodonita 4,12; na tefroíta 3,55 e na espessartita 3,50. A tabela 5-5 descreve a estatística básica do teor de manganês por tipo de mineral.

  

Tabela 5-5 – Estatística básica do teor de manganês nos minerais minério predominantes

  Teor de Manganês Mineral

  Média Mínimo Máximo Desvio Padrão Número de dados Espessartita 30,28 19,30 44,70 3,50

  75 Rodocrosita 32,86 15,99 45,03 7,39

  65 Tefroíta 44,75 28,90 50,96 3,55

  46 Rodonita 34,41 16,49 41,15 4,12

  42 Algumas considerações podem ser feitas ao analisar os dados de mineralogia e química:

  • O minério de primeira apresenta teor de manganês mais elevado, devido ao teor de manganês elevado nos minerais de espessartita, rodocrosita e rodonita. Apresenta também maior participação de tefroíta, mineral minério com maior teor de manganês. A tefroíta tem teor médio de 44,8% de manganês, a rodonita 34,4%; a rodocrosita 32,9% e a espessartita 30,6%.
  • Os minérios de primeira e segunda apresentam maior participação do mineral rodocrosita, acima de 35% na média e menor participação de silicatos, inferior a 50%. Os minérios de terceira possuem na média 22% de rodocrosita e 59% de silicatos. Isto explica o aumento no teor de SiO nos minérios de terceira (Figura 5-35). A proporção

  2

  da rodocrosita apresenta correlação inversa com o teor de SiO conforme esperado, pois

  2

  a redução na participação em peso de rodocrosita implica no aumento da participação em peso de silicatos e conseqüente aumento do teor de sílica.

  0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45% M 2GR M 1GR M 2SF1 M 1SF2 M 1SF1 M 2SF2 M 1 M 3SF1 P GR M 2 P SF M 3SF2 M 3GR M 3 Amostras P e rc e n tu a l e m p e s o

  Rodocrosita SiO2 (via úmida) Figura 5-35 – Percentual em peso de rodocrosita e teor de SiO

  2 em minérios de manganês

carbonatados de Morro da Mina.

  • O valor de PPC possui correlação direta com a participação em peso do mineral rodocrosita, como ilustra o gráfico 5-36. Apesar da existência de alguns minerais ganga hidratados como anfibólio e mica, estes apresentam pouca influência na variável PPC, devido a sua baixa proporção em peso. Tal resultado é esperado, uma vez que a rodocrosita é um carbonato majoritário, que apresenta a reação clássica de calcinação, com liberação de dióxido de carbono à temperatura do ensaio, o que proporciona a redução de massa.

  0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 45%

  M 1GR M 1SF M 2GR M 2SF M 3GR M 3SF P GR P SF Amostras P e rc e n tu a l e m p e s o

  Rodocrosita PPC

Figura 5-36 - Percentual em peso de rodocrosita e a variável PPC em minérios de manganês

carbonatados de Morro da Mina.

  • O comportamento do teor de Al O está associado à participação do mineral

  2

  

3

  espessartita como pode ser observado no gráfico da figura 5-37. A correlação direta é justificada pelo fato de a espessartita tratar-se de um alumino-silicato. Porém, em virtude das substituições apresentadas no mineral, para se determinar com maior precisão a relação entre as duas variáveis um número maior de amostras deverá ser considerado.

  30% 25% o

  20% s e p m e l a 15% tu n e rc e P 10%

  5% 0% M 1SF2 M 1GR M 1SF1 M 2GR M 1 M 2SF2 M 2SF1 PSF PGR M 3GR M 3SF2 M 2 M 3SF1 M 3 Amostras

  Esperssatita Teor de Al2O3

Figura 5-37 – Percentual em peso de espessartita e teor de Al O em minérios de manganês

  2

  3

carbonatados de Morro da Mina.

  • O teor de SiO apresenta correlação com a participação em peso do somatório

  2

  dos silicatos de manganês, conforme ilustra o gráfico da figura 5-38, uma vez que a maioria do silício existente no minério está na forma de silicatos de manganês.

  70% 60% 50% o s e p

  40% m e l a tu

  30% n e rc e P

  20% 10% 0% M1 M1GR M1SF M2 M2GR M2SF M3 M3GF M3SF

  Am ostras

Mn-Silicatos SiO2

  

Figura 5-38 - Percentual em peso de silicatos de manganês e teor de SiO em minérios de manganês

  2

carbonatados de Morro da Mina.

  A diferença constatada nos três tipos de minério estudado está relacionada com a participação em peso de cada fase mineral. Os três litotipos apresentam a mesma assembléia mineralógica, tanto para minerais minério como para minerais ganga. Constatou-se que o minério de primeira apresenta maior participação em peso de rodocrosita (37%), em sua composição mineralógica em relação a 26% no minério de segunda e 18% no minério de terceira, conforme ilustra o gráfico na figura 5-39. Quanto aos silicatos, o minério de primeira apresenta 20% em peso de tefroíta; superior em relação às outras duas classes, que possuem média de 6%. A rodonita ocorre principalmente nos minérios de segunda e terceira, com 25% e 21% respectivamente, enquanto no minério de primeira 3%. A espessartita, o alumino-silicato de manganês, ocorre em menor proporção no minério de primeira, próximo de 20%, e em maior teor nos minérios de segunda e de terceira, próximo de 28%. Os minerais ganga ocorrem com muita relevância nos três litotipos e nos produtos, na média de 17% A mineralogia dos produtos possui constituição intermediária entre os três tipos, o que está coerente com a produção, pois os produtos são derivados da blendagem entre eles.

  De acordo com a distribuição mineralógica ilustrada nas figuras 5-24, 5-25 e 5-

  26. A proporção de espessartita no minério de primeira ROM é de 20%, no granulado é de 13%; no sinter feed grosso de 15% e no sinter fino de 12%. No minério de segunda e terceira, a proporção de espessartita é de 27% e 28% para ROM; 20% e 25% para o granulado, 22% e 27% para o sinter feed grosso e 20% e 26% para o sinter feed fino, respectivamente para minério de segunda e terceira. Observa-se que a espessartita e os minerais ganga tendem a se concentrar nas faixas granulométricas mais finas, o que pode ser explicado pelo tamanho dos minerais desta fase que é inferior quando comparado ao tamanho das outras. O tamanho médio da espessartita é 0,15mm enquanto o tamanho médio da rodocrosita é de 0,17mm e da tefroíta/rodonita é de 0,56mm.

  Os minerais ganga possuem o mesmo comportamento da espessartita, no minério de primeira possui proporção em peso em 17% para o ROM, 8% para o granulado, 10% para o sinter grosso e 11% para o sinter fino. O minério de segunda possui 11% de minerais ganga no ROM, 14% no granulado, 11% no sinter feed grosso e 10% no sinter feed fino. A participação dos minerais ganga no minério de terceira é de 22% no ROM, 12% no granulado, 16% no sinter feed grosso e 15% no sinter feed fino.

  A proporção de rodocrosita no minério de ROM de primeira é de 36%, no granulado é de 39% e 37% o sinter feed grosso e fino. Para o minério de segunda, a proporção da rodocrosita no granulado é de 25%, no granulado 40%, no sinter feed grosso de 38% e no sinter feed fino de 37%. Para o minério de terceira, a proporção da rodocrosita é de 18%, 20%, 27% e 23% respectivamente para ROM, granulado, sinter feed grosso e sinter feed fino. A tefroíta apresenta comportamento semelhante ao da rodocrosita. Para o minério de primeira, a participação em peso desta fase no ROM é de 19% e nas três faixas de 30%, 30% e 28% respectivamente para granulado, sinter feed grosso e sinter feed fino. Para o minério de segunda, o ROM tem 6% de tefroíta, o granulado tem 20%, o sinter feed grosso tem 21% e o sinter feed fino tem 19%. No minério de terceira, o ROM tem 6% de participação em peso de tefroíta; o granulado, 20%; o sinter feed grosso, 12% e o sinter feed fino, 13%. Desta forma as fases minerais rodocrosita e tefroíta tendem a se concentrar nas faixas mais grossas.

  

Composição Mineralógica da Amostra Global

0% 10%

  20% 30% 40% 50% 60% 70% 80% 90%

  100%

M1 M2 M3 PGR PSF

  Amostras P e rc e n tu a l Esperssatita Rodocrosita Tefroíta Rodonita Alabandita Ganga

  

Figura 5-39 – Participação em peso das diferentes fases minerais em minérios de manganês

carbonatados de Morro da Mina.

  De acordo com os estudos de mineralogia realizados, o potencial de concentração teórico de manganês para o minério possui a média de acréscimo de aproximadamente 5 (cinco) pontos percentuais para o granulado, sinter feed fino e sinter feed grosso. Esse estudo foi realizado via simulação da remoção completa dos minerais ganga e cálculo do teor de manganês a partir da redistribuição percentual dos minerais minério. Como o minério de terceira apresenta maior média do percentual em peso de minerais ganga (16,74%) em relação ao percentual nos minério de primeira (11,49%) e segunda (12,05%), a concentração no minério de terceira será também maior atingindo patamar de 6,03%; no minério de segunda a concentração foi de 4,45% e 4,63% no minério de primeira. A figura 5-40 ilustra a máxima concentração teórica calculada para todas as amostras estudadas.

  Reis (2005) concentrou o minério fino de Morro da Mina na fração abaixo de 0,015mm e atingiu resultados na faixa de acréscimo de quatro pontos percentuais para o teor de manganês. O processo com melhor rendimento foi a mesa oscilatória inclinada.

  De acordo com a quantificação preliminar do tamanho dos minerais ganga, o tamanho mínimo desses minerais é 0,02 mm, ou seja, inferior a 400 mesh. Esse tamanho representa uma indicação para faixa de liberação dos minerais minério de Morro da Mina.

  25% 27% 29% 31% 33% 35% 37% 39% 41% 43% 45%

M1 M1GR M1SF1 M1SF2 M2 M2GR M2SF1 M2SF2 M3 M3GR M3SF1 M3SF2 PGR PSF

  Amostras P e rc e n tu a l d e M n e m p e s o Minério_natural Minério_concentrado

  

Figura 5-40 – Concentração máxima teórica em manganês em minérios de manganês carbonatados

de Morro da Mina, com eliminação completa da ganga.

  A temperatura que apresentou resultados de maior calcinação foi a 900ºC. Nesta temperatura cerca de 96% de todo o carbonato e minerais hidratados foram calcinados. As amostras que apresentam maior participação de rodocrosita, principal mineral carbonático, apresentaram também maior valor de PPC antes de calcinação e gerou maior volume de finos nos ensaios de tamboramento após a calcinação, conforme ilustra a figura 5-41. Esse fato explica-se pela maior liberação do gás CO

  2

  , o que favorece o aumento da porosidade e o desenvolvimento de trincas e conseqüente maior geração de finos.

  O acréscimo no teor de manganês nas amostras de granulado do minério de primeira calcinada a 900ºC foi de 5,13%; 7,18% para o minério de segunda e 1,20% para o minério de terceira. Em relação à sílica, o acréscimo nas amostras de granulado calcinadas a 900ºC foi de 3,57%, 2,57% e 0,14% respectivamente para os minério de primeira, segunda e terceira. Para o sinter feed o aumento no teor de manganês para amostras calcinadas a 900ºC de primeira foi de 5,65%; 5,27% para o minério de segunda e 2,60% para o minério de terceira. Em relação ao teor de sílica o acréscimo foi de 3,62% para o minério de primeira, 3,99% para o minério de segunda e 2,60% ao minério de terceira. O acréscimo nos teores de manganês e sílica nas amostras calcinadas possui tendência de ser maior para os minérios com maior participação de rodocrosita, pelo fato do processo resultar em maior perda de massa nestas amostras, concentrando a participação dos demais elementos.

  45% 7.00% 40% 6.00% 35% 5.00% 30% l a

  4.00% 25% tu n e rc

  20% e

  3.00% P

  15% 2.00% 10% 1.00% 5%

  0%

M 1GR M 1SF M 2GR M 2SF M 3GR M 3SF PGR PSF

0.00%

Am ostras

  

Rodocrosita PPC % Geração Finos - Calcinado 900ºC

Figura 5-41 – Valor de PPC natural, teor de rodocrosita e geração de finos após calcinação a 900º

em minérios de manganês carbonatado de Morro da Mina.

  As relações citadas não apresentam índices elevados de correlações nas regressões, devido à pequena quantidade de amostras para aplicação de ferramentas estatísticas. Sugere-se realizar a quantificação mineralógica e análise química em um número maior de amostras para realizar estudos mais precisos sob ponto de vista estatístico buscando melhores correlações entre as variáveis.

  Faria (2008) identificou que o minério de manganês de Morro da Mina não crepita, portanto o fino gerado nos ensaios está relacionado com a fragilidade mecânica do material calcinado devido à liberação do CO após o processo de calcinação, que

  2

  aumenta a porosidade e a presença de trincas. Desta forma, quanto maior o percentual calcinado, maior é a geração de finos. A fotografia na figura 5-42 ilustra a degradação dos fragmentos devido à fragilidade adquirida no processo de calcinação, principalmente nas bordas mais irregulares dos fragmentos.

  

Figura 5-42 – Fotografia ilustrando a degradação superficial nos fragmentos de minério calcinado

devido à fragilidade adquirida no processo de calcinação, em minérios de manganês carbonatados

de Morro da Mina. Minério de Segunda classificado na faixa do granulado e calcinado a 800ºC.

  De acordo com os dados estudados observa-se uma grande semelhança entre os minérios classificados de primeira e de segunda, tanto na característica mineralógica como no comportamento nos processos. Observa-se uma diferença maior entre os dois tipos citados e o minério de terceira. Essa diferença está evidenciada na participação de minerais de manganês de natureza carbonático e silicática, valores de PPC e geração de finos (figura 5-43). Outra diferença significativa entre os litotipos e que elucidam a nova subdivisão é a recuperação em massa. Para os minérios de primeira e segunda a recuperação está em torno de 90% para o granulado enquanto para o minério de terceira a recuperação foi de 85%.

  70% 60% Minério Sílico-carbonático

  50% Minério Silicático l a

  40% tu n e rc e 30% P

  20% 10% 0% M1GR M1SF M2GR M2SF M3GR M3SF

  Amostras

Mn-Carbonato Mn-Silicatos Mn SiO2 Al2O3 PPC % Finos calcinado 900ºC

  

Figura 5-43 – Relação entre variáveis dos minérios de primeira e segunda e de terceira e proposta

para a nova classificação tipológica.

  Desta forma sugere-se classificar os minérios de Morro da Mina de acordo com a proporção em peso de minerais de manganês de natureza carbonática e silicática. Propõe-se assim uma nova classificação tipológica para o minério de Morro da Mina em duas categorias, sendo elas:

  • Minério sílico-carbonático – minérios onde ocorre uma maior participação da rodocrosita (acima de 30%) e menor participação de minérios silicáticos, inferior a 50%. Esse estudo pode ser medido de maneira expedita pelo valor de PPC, acima de 10%. Reflete também no teor de SiO , geralmente inferior a 20% de acordo com os estudos

  2

  realizados. Esse grupo englobaria os minérios classificados como primeira e segunda em um único tipo.

  • Minério silicático – minério onde ocorre uma grande participação de minerais de manganês silicáticos, superior a 50% e menor proporção de rodocrosita, inferior a 30%. Neste grupo o PPC apresenta teores inferiores a 10% e teores de SiO superiores a

  2 20% . Este tipo consiste do minério classificado anteriormente como terceira.

  Após o processo de calcinação, os materiais caracterizados como minério sílico- carbonáticos tendem a ter maior fragilidade mecânica, que poderá resultar em maior geração de finos em relação ao minério silicático.

  Para validar a proposta mineralógica também sob ponto de vista geometalúrgico, pode-se empregar os materiais separadamente em reatores de redução, para verificar se há diferenças no comportamento destes quando utilizados fabricação das ligas ferro sílico manganês.

6 CONCLUSÕES

  O minério de Morro da Mina se caracteriza por sua natureza carbonática e silicática. É formado por silicatos e carbonato de manganês, sendo que predominam os minerais minério de natureza silicática, perfazendo aproximadamente 60% em peso. Os minerais carbonáticos constituem cerca de 25% em peso e 15% está associado a minerais ganga, sendo estes últimos minerais sulfetados, grafita e outros tipos de silicatos. A rocha é compacta e apresenta textura granoblástica, localmente observam-se

  3

  veios de rodonita. Os dados de BET indicam o volume médio de poros é de 3,5 cm /g e a umidade é aproximadamente de 0,10%.

  O teor de manganês no granulado é aproximadamente 1,5% maior que no sinter-feed, enquanto o de sílica é 3,3% menor no granulado. Este fato deve-se principalmente à natureza dos minerais minério: silicatos e carbonatos, estrutura maciça e ocorrência disseminada dos minerais ganga.

  A mineralogia associada ao minério de manganês de Morro da Mina é a mesma para os três litotipos hoje classificados, diferenciando-se somente na proporção em peso de cada fase mineral. As diferentes proporções, no entanto, se refletem no teor de manganês, variável utilizada na classificação tipológica atual.

  Os principais minerais minério de manganês caracterizam-se por solução sólida entre o manganês e outros elementos químicos, geralmente cálcio e magnésio. Os minerais presentes nas tipologias mais ricas apresentam teores de manganês mais elevados, a rodocrosita possui teores de 34,0% e 30,3%, a espessartita 31,7% e 29,9%, a rodonita 34,9% e 34,7% e a tefroíta 44,8% e 45,5%, respectivamente para minérios de primeira e terceira.

  Os minerais de rodonita e tefroíta apresentam-se como porfiroblastos com tamanho médio de 0,58mm, bem superior ao tamanho médio dos outros minerais que estão na ordem de 0,15mm, inclusive os minerais ganga. Ocorrem inclusões de espessartita e carbonatos na rodonita e na tefroíta e inclusões de rodocrosita nos grãos de espessartita. Os mineiras ganga ocorrem disseminados na estrutura da rocha.

  A metodologia de descrição e quantificação microscópica mineralógica foi validada pela comparação entre o teor de manganês calculado através da quantificação mineralógica e o teor obtido através dos ensaios químicos, que apresentou diferença média de 5%.

  O minério de primeira possui 36% em peso de rodocrosita; o minério de segunda, 26% e o minério de terceira 18%. A rodocrosita e a tefroíta tendem a se concentrar no granulado e no sinter feed e a espessartita e os minerais ganga tendem a se concentrar na lama, abaixo de 0,15mm.

  Foram observadas as seguintes correlações qualitativas, a partir da comparação entre mineralogia e análise química:

  • Direta entre participação em peso da rodocrosita e valor de PPC
  • Direta entre participação em peso da espessartita e teor de Al O

  2

  3

  • Direta entre participação em peso de silicatos de manganês e teor de SiO

  2

  • Inversa entre participação em peso de rodocrosita e teor de SiO

  2 A temperatura de calcinação de 900ºC reduziu o PPC nos granulados em 95%, a

  800ºC a redução foi de 90%; a 700ºC de 64% e 600ºC de 33%. Para o sinter feed, a redução do PPC a 900ºC foi de 96%; a 800ºC de 92%; a 700ºC de 71% e a 600ºC de 40%. O processo de calcinação e o conseqüente enriquecimento de manganês são mais eficientes para amostras com maior participação em peso de rodocrosita. A concentração média em teor de manganês após calcinação a 900ºC foi de 4,8 pontos percentuais para a faixa de granulado e 3,68% para sinter feed.

  A geração de finos após a calcinação foi atribuída à fragilidade mecânica dos minérios após a remoção do CO . O minério granulado de primeira calcinado a 900ºC

  2

  gerou 14,2% de material abaixo de 6,3mm, o de segunda, 6,1% e o de terceira 2,8%. Em relação ao sinter feed calcinado a 900ºC, o minério de primeira gerou 8,2% de material abaixo de 0,15mm; o de segunda 4,5% e o de terceira 1,8%.

  Devido às características químicas, mineralógicas, físicas e em função do processo de calcinação dos materiais estudados, propõe-se uma nova classificação dos minérios de Morro da Mina baseada na participação em peso do mineral carbonático.

  Sugerem-se dois tipos, denominados minério sílico-carbonático e minério silicático, referentes à participação em peso de rodocrosita e silicatos de manganês. O primeiro tipo compreende minérios com teor superior a 30% de rodocrosita e inferior a

  50% de silicatos de manganês e o segundo grupo minério com participação em peso inferior a 30% de rodocrosita e superior a 50% de silicatos de manganês.

7 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS

  • Estudo de quantificação mineralógica e análise química em um número maior de amostras para validar sob ponto de vista estatístico as possíveis as correlações sugeridas
  • Estudo da influência da natureza do mineral em outros parâmetros metalúrgicos como redutibilidade, degradação durante redução e resistividade elétrica
  • Estudos do comportamento de carbonatos e silicatos de manganês nos fornos elétricos e sua influência no consumo de energia na produção de liga sílico manganês.

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ANEXOS

ANEXO 01

Resultados dos ensaios de BET

  Volume Superfície Total de Tamanho Densidade Diamêtro Amostras Específica Poros Máximo dos (g/cm3)

  Médio (Å)

  2

  3 (m /g) (cm /g) - 0.3 Poros (Å) - 300nm

  ROM Primeira 3.533 896.5 2.172 1289.7 96930 ROM Segunda 3.604 1716 3.427 1307.2 79890

  ROM Terceira 3.625 2880 5.46 1328.9 76000

  Volume Tamanho dos Área dos Médio dos

Amostras microporos microporos Coeficiente

  3

2 Microporos (cm /g) - (m /g) (nm) 0.3 a 2nm

  ROM Primeira 0.4651 1317 6488 0.999941

  ROM Segunda 0.7179 2032 6151 0.999981

  ROM Terceira 1.29 3640 4530 0.99989

  101

  Anexo 2 - Difratograma de Raio X – ROM Primeira

  102

  Anexo 2 - Difratograma de Raio X – ROM Segunda

  103

  Anexo 2 – Difratograma de Raio X – ROM Terceira

  104

  Anexo 2 - Difratograma de Raio X – Produto Granulado

  105

  Anexo 2 - Difratograma de Raio X – Produto Sinter Feed

  106

  Anexo 3 - Resultados das Análises de EDS Minério de Manganês – Geral

  107

  Anexo 3 - Resultados das Análises de EDS Minério de Manganês - Geral

  108

  Anexo 3 - Resultados das Análises de EDS Minério de Manganês - Geral

  109

  Anexo 3 - Resultados das Análises de EDS Minério de Manganês - Geral

  110

  Anexo 3 - Resultados das Análises de EDS Minério de Manganês - Geral

  111

  Anexo 3 - Resultados das Análises de EDS Minério de Manganês - Geral

  112

  Anexo 3 - Resultados das Análises de EDS Minério de Manganês - Geral

  113

  Anexo 3 - Resultados das Análises de EDS Minério de Manganês - Geral

  114

  Anexo 3 - Resultados das Análises de EDS Minério de Manganês - Geral

  115

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Primeira

  116

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Primeira

  117

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Primeira

  118

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Primeira

  119

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Primeira

  120

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Primeira

  121

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Primeira

  122

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Primeira

  123

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Primeira

  124

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Primeira

  125

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Primeira

  126

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Segunda

  127

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Segunda

  128

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Segunda

  129

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Segunda

  130

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Segunda

  131

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Segunda

  132

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Segunda

  133

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Segunda

  134

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Segunda

  135

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Terceira

  136

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Terceira

  137

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Terceira

  138

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Terceira

  139

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Terceira

  140

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Terceira

  141

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Terceira

  142

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Terceira

  143

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Terceira

  144

  Anexo 4 - Resultados das Análises de EDS Minério ROM Terceira

  145 Anexo 5 – Exemplo dos Cálculos da Quantificação Amostra – Minério Primeira – Sinter feed fino (1,18 a 0,15mm)

MINERAIS TRANSPARENTES (%) MINERAIS OPACOS (%)

  20

  10 OK

  40

  20

  30

  3 OK

  17

  40

  55

  20

  8 OK 100 OK

  12

  40

  35

  5

  20 OK

  40

  3

  50

  60 OK

  5

  80 OK

  20

  2 OK

  28

  70

  40

  2 OK

  2 OK

  8

  30

  55

  5

  40 OK

  60

  30

  7 OK

  25

  15 OK

  5 OK

  70

  25

  50 OK

  30

  20

  15

  60 OK

  55

  15

  70 OK

  30

  2 OK

  18

  20

  40

  30

  8

  30

  85

  OK

  8 OK 100

  92

  OK

  10 OK 100

  55

  20

  5

  5 OK

  35

  30

  30

  10 OK

  40

  50

  20 OK

  25

  10 OK

  30

  35

  15

  70 OK

  10

  20

  25

  3 OK 100 OK

  35

  30

  2 OK 100 OK

  13

  85

  15 OK

  15

  17

  10

  50

  15 OK

  10 OK 100 OK

  80

  10

  50 OK

  10

  40

  80

  45

  5

  20 OK

  40

  40

  7 OK

  8

  30

  20

  10 OK

  30

  40

  40 OK

  40

  20

  5 OK

  5

  30

  20

  10

  80 OK

  20

  2 OK

  8

  85

  5

  70 OK

  7

  80

  5

  10

  80

  5

  70 OK

  30

  2 OK

  8

  40

  20

  3 OK 100 OK

  20

  50 OK

  20

  30

  15 OK

  75

  10

  35

  

ESP RDC TFT RDN OPC GG POROS DV ALB PTL GRAF CCP OUT DV

  20

  20 OK

  30 OK

  70

  20 OK

  15

  55

  10

  80

  50

  30 OK 100 OK

  10

  60

  30 OK

  15

  35

  20

  5

  30

  70

  30

  20

  15 OK

  45

  20

  20

  20 OK

  50

  15 OK

  15 OK

  30

  45

  10

  10 OK

  30

  60

  30 OK

  5 OK

  5

  75

  15 OK

  50

  10

  25

  3 OK

  7

  15

  10

  60 OK

  60

  40

  15 OK

  10

  40

  15

  15

  70

  10

  30

  35

  20

  30

  90 OK 100 OK

  10

  70 OK

  5 OK

  5 OK

  15

  25

  30

  25

  10 OK

  45

  45

  80 OK

  75

  15

  35

  15

  50 OK

  20

  30

  20 OK

  45

  20 OK

  75

  80

  3 OK

  27

  15

  45

  10

  OK

  5

  5 OK 100

  15

  15 OK

  60

  3 OK

  85

  12

  70 OK

  30

  55

  OK

  30

  20 OK

  80

  5 OK

  35

  55

  5

  10 OK 100

  55

  15

  3 OK

  20

  40

  15

  20 OK

  5

  75

  10

  3 OK

  75

  12

  10 OK 100 OK

  50

  30

  10

  5 OK 100 OK

  22

  30

  20

  15

  40 OK

  10

  50

  5 OK

  25

  15

  40

  25 OK

  20

  35

  10

  30

  10 OK

  10

  80

  50 OK

  25 OK

  

Anexo 5 – Exemplo dos Cálculos da Quantificação

Amostra – Minério Primeira – Sinter feed fino (1,18 a 0,15mm)

MINERAIS TRANSPARENTES (%) MINERAIS OPACOS (%)

  20

  40

  3

  65

  7

  10 OK

  10

  40

  5 OK

  60

  10

  75

  10

  20 OK

  40

  40

  25 OK

  40 OK

  22

  3 OK

  15 OK

  15

  60

  10

  20 OK

  80

  15

  15

  67

  15

  20 OK

  80

  2 OK

  13

  70

  3 OK

  70

  50 OK

  30

  5

  5 OK 100 OK

  55

  25

  15

  70 OK

  12 OK

  5

  75

  5

  8

  OK

  25 OK 100

  40

  25

  65

  25 OK

  5

  10

  70 OK

  30

  3 OK

  17

  30

  40

  50 OK

  70

  50

  5 OK

  20

  60

  5

  10

  30 OK

  50

  15

  10 OK

  65

  15

  20

  15 OK

  25

  60

  15 OK

  20

  40

  15 OK 100 OK

  20

  60

  5

  10 OK

  45

  45

  65 OK

  60 OK

  60

  20 OK

  30 OK

  70

  10 OK

  55

  30

  5

  45

  5

  35

  20 OK

  65

  15

  5 OK 100 OK

  75

  15

  5 OK

  20

  5

  12

  10

  65

  15

  60 OK

  40

  3 OK

  55

  30

  10

  20

  70 OK

  30

  5 OK

  10

  65

  10 OK

  70 OK

  15

  30

  10 OK 100 OK

  15

  20

  45

  10

  10 OK 100 OK

  50

  20

  10

  30 OK

  30

  40

  10 OK

  25

  45

  10

  90

  60

  40 OK

  72

  20

  20 OK 100 OK

  15

  60

  5

  40

  60

  20

  5 OK

  15

  25

  50

  5

  60 OK

  8 OK

  20

  5 OK

  5

  60 OK

  40

  30 OK

  40

  30

  75 OK

  20

  20 OK 100 OK

  15 OK

  20

  20

  35

  10

  70 OK

  30

  40

  20

  85

  50

  60

  15

  10 OK

  20

  70

  15 OK

  20

  5 OK

  15

  50 OK

  30

  20

  4 OK

  11

  5

  20

  20

  55

  5

  20

  90 OK

  10

  15 OK

  25

  55

  20 OK

  30

  20

  60

  20 OK

  30

  15

  35

  50 OK

  5

  10 OK 100 OK

  

ESP RDC TFT RDN OPACOS GG POROS DV ALB PTL GRAF CCP OUTROS DV

  40

  30

  15 OK

  80

  5

  30 OK

  30

  5 OK

  30 OK

  20

  10

  50

  15

  40 OK

  60

  3 OK

  40

  10

  35

  40

  7

  45

  40

  5

  20 OK

  40

  3 OK

  40

  12

  55

  15

  15

  OK

  10 OK 100

  40

  52

  10

  20

  10 OK 100 OK

  80 OK

  20

  15 OK

  10

  65

  10

  30

  10

  60

  50 OK

  20

  30

  15 OK

  55

  10

  10

  15

  80 OK

  50

  20

  3 OK

  17

  75

  5

  50 OK

  3 OK

  65 OK

  12

  60

  10

  15

  45 OK

  15

  40

  3 OK

  

Anexo 5 – Exemplo dos Cálculos da Quantificação

Amostra – Minério Primeira – Sinter feed fino (1,18 a 0,15mm)

MINERAIS TRANSPARENTES (%) MINERAIS OPACOS (%)

  25

  10

  50 OK

  50

  2 OK

  8

  50

  30

  40 OK

  25

  30

  30

  15 OK

  30

  35

  20

  40 OK

  5

  60

  40

  10 OK

  50

  30

  10

  OK

  5 OK 100

  20

  75

  40

  10 OK 100 OK

  40

  10

  3 OK

  12

  35

  40

  10

  20

  2 OK

  90

  40

  3 OK

  15

  12

  60

  10

  40 OK

  20

  10 OK

  65

  10

  70

  10

  5 OK

  30

  5

  60

  25

  10 OK

  13

  10 OK

  40

  20

  25

  5 OK

  35

  20

  40

  65

  15

  20

  5

  30 OK

  70

  5 OK

  15

  65

  10 OK

  10 OK

  20

  40

  20

  25

  40 OK

  40

  20

  2 OK

  13

  20

  3

  25

  2 OK 100 OK

  13

  70

  15

  20 OK

  80

  50

  2 OK

  15

  50 OK

  50 OK

  50

  5 OK

  15

  10

  50

  20

  25

  30

  25

  15 OK

  65

  10

  10

  50 OK

  20

  25 OK

  25

  15

  40

  20

  2 OK

  13

  25

  60

  20 OK

  40

  5 OK

  20

  75

  20

  20 OK

  30

  50

  10 OK

  75

  80 OK

  10

  35

  60

  30 OK

  30

  40

  5 OK

  70

  25

  40 OK

  3 OK

  65

  2

  55

  30

  10

  60 OK

  40

  5 OK

  5 OK

  45

  20

  60 OK

  10

  40

  30

  5 OK 100 OK

  90

  5

  15

  30

  25

  3 OK

  70

  20

  7

  60 OK

  20

  20 OK

  70 OK

  3 OK

  70

  15

  50 OK 100 OK

  20

  20

  10

  10 OK

  20

  5 OK

  85

  70

  15

  10

  50 OK

  20

  30

  15 OK

  20

  17

  20

  15 OK

  2 OK 100 OK

  8

  70

  15

  5

  70 OK

  30

  60

  75

  20

  5

  80 OK

  20

  2 OK

  8

  45

  5

  15

  70

  40

  10

  2 OK 100 OK

  8

  55

  25

  10

  60 OK

  5 OK

  5 OK

  55

  35

  5

  15 OK

  20

  20

  45

  60

  5 OK

  

ESP RDC TFT RDN OPACOS GG POROS DV ALB PTL GRAF CCP OUTROS DV

  5 OK 100

  20 OK

  20

  60

  2 OK

  60

  38

  OK

  20

  30

  50

  10

  15

  15 OK 100 OK

  30

  25

  30

  25

  30

  60

  90 OK

  15

  90 OK

  10

  10 OK

  45

  5

  40

  10

  15 OK

  20 OK

  10

  55

  15

  15 OK

  5

  80

  5 OK

  35

  70

  25

  20

  20

  35

  20

  OK

  5 OK 100

  70

  30 OK

  40

  70

  10 OK

  10

  15

  65

  20 OK

  10

  5 OK

  40

  20 OK

  85

  20

  50

  10

  10 OK

  60

  30

  15 OK

  70 OK

  20 OK

  15

  15

  2 OK

  18

  25

  50

  5

  15

  

Anexo 5 – Exemplo dos Cálculos da Quantificação

Amostra – Minério Primeira – Sinter feed fino (1,18 a 0,15mm)

MINERAIS TRANSPARENTES (%) MINERAIS OPACOS (%)

  15

  15

  60

  30

  4 OK

  6

  50

  25

  20 OK 100 OK

  10

  35

  25

  20

  70 OK

  10

  20

  15 OK

  10 OK

  10

  60

  8

  8

  50

  20

  20

  50 OK

  50

  7 OK

  75

  10

  5

  5

  70 OK

  30

  5 OK

  20

  45

  10

  15

  10

  15

  90 OK

  10

  5 OK

  55

  20

  5

  80 OK

  10

  20

  2 OK

  8

  10

  80

  60 OK

  40

  5

  70

  90 OK

  60 OK

  10

  3 OK

  17

  30

  20

  25

  5

  40

  10

  5 OK

  15

  20

  40

  20

  OK

  5 OK 100

  2 OK 100 OK

  15

  30

  25

  20

  10

  60

  15 OK

  35

  25

  10 OK

  20

  90

  15 OK

  10

  60

  15

  30 OK

  70

  10 OK

  25

  40

  85 OK

  85 OK

  5

  10

  20 OK

  35

  15

  30

  15

  50

  10 OK

  15

  65

  10

  90 OK

  10

  5 OK

  10 OK

  40

  65

  40

  10

  30

  10 OK

  90

  10 OK

  50

  15 OK

  20

  50

  20

  15

  20 OK

  80

  5 OK

  5

  60 OK

  45

  10

  20

  80 OK

  20

  20 OK

  20

  40

  20

  10 OK

  70

  20

  2 OK

  13

  80

  5

  70 OK

  30

  15 OK

  10 OK

  50

  35

  30

  45

  10

  3 OK 100 OK

  7

  20

  40

  3 OK 100 OK

  23

  7

  65

  10

  15

  5 OK 100 OK

  10

  50

  20

  2 OK

  10 OK 100 OK

  50

  65

  20

  90 OK

  10

  5 OK

  10

  35

  20 OK

  80

  80

  10 OK

  10

  45

  10

  25

  20 OK

  35

  15

  2 OK

  20

  30

  15 OK

  25

  50

  10

  50 OK

  30

  25

  10 OK

  60

  25

  5

  2 OK 100 OK

  18

  30

  70 OK

  20

  15

  10

  45

  15

  50 OK

  30

  20

  15 OK

  75

  50 OK

  40

  10

  40

  2 OK

  8

  90

  5 OK 100 OK

  10

  13

  20

  

ESP RDC TFT RDN OPACOS GG POROS DV ALB PTL GRAF CCP OUTROS DV

  10 OK

  15 OK

  20

  40

  25

  80 OK

  20

  45

  60 OK

  25

  20

  60 OK

  10

  30

  3 OK

  10

  40

  5

  45

  5

  10 OK

  50

  20

  20

  10 OK

  45

  15

  25

  5

  OK

  3 OK 100

  97

  70 OK

  30

  5 OK

  85

  30

  12

  80 OK

  5 OK

  5

  70

  15

  20 OK

  20

  60

  10

  60

  50

  20

  15

  5 OK 100 OK

  70

  20

  5

  10 OK

  40 OK

  90 OK

  5 OK 100

  10

  5 OK

  10

  5

  60

  20

  OK

  85

  20

  5

  5

  20 OK

  40

  40

  20 OK

  60

  10

MINERAIS TRANSPARENTES (%) MINERAIS OPACOS (%)

  25

  10

  10

  3 OK

  12

  70

  15

  2 OK 100 OK

  13

  10

  45

  30

  30 OK

  70

  2 OK

  13

  50

  10

  2 OK 100 OK

  80 OK Determinação da proporção espacial: média aritmética da proporção espacial de cada mineral

  

ESP RDC TFT RDN OPACOS GG POROS TOTAL ALB PTL GRAF CCP OUTROS TOTAL

  12.3 37.4 32.2 3.0

  13.8 39.8 30.6 3.0

  0.0

  0.2

  4.1

  2.6

  3.7

  89.4

  2.2

  

ESP RDC TFT RDN OPACOS GG POROS TOTAL ALB PTL GRAF CCP OUTROS TOTAL

  12.3

  12.3 Determinação da proporção em peso: média ponderada entre a proporção espacial e a densidade de cada variável quantificada

  0.0

  0.2

  6.8

  1.9

  3.4

  1.4 0.0 100.0

  2.8 0.0 100.0 28.0 15.6 55.0

  8

  30

  30

  30

  15 OK 100 OK

  5

  50

  20

  10

  1 OK 100 OK

  4

  65

  20

  90 OK

  10

  5 OK

  70

  20

  5

  

ESP RDC TFT RDN OPACOS GG POROS DV ALB PTL GRAF CCP OUTROS DV

  Anexo 5 – Exemplo dos Cálculos da Quantificação Amostra – Minério Primeira – Sinter feed fino (1,18 a 0,15mm)

  20

  50

  30

  8

  40 OK

  40

  20

  5 OK

  60

  10

  25

  50 OK

  20

  30

  25 OK

  20

  25

  30

  90 OK

  10

  2 OK

MINERAIS TRANSPARENTES (%) MINERAIS OPACOS (%)

MINERAIS TRANSPARENTES (%) MINERAIS OPACOS (%)

  10.6 Determinação do teor de manganês: média ponderada entre a proporção em peso dos minerais minério pela média do teor de manganês por mineral:

  • Média do teor de manganês

MINERAIS TRANSPARENTES (%) MINERAIS OPACOS (%)

  31.7 33.9 44.8 34.4

  61.3

  

ESP RDC TFT RDN OPACOS GG POROS TOTAL ALB PTL GRAF CCP OUTROS TOTAL

  4.4 13.5 13.7 1.0

  2.3

  

ESP RDC TFT RDN OPACOS GG POROS TOTAL ALB PTL GRAF CCP OUTROS TOTAL

  • Teor de manganês em peso por mineral

MINERAIS TRANSPARENTES (%) MINERAIS OPACOS (%)

  • Teor de manganês da amostra é a soma dos teores de manganês dos minerais, num total de 34,88%.

  Determinação do potencial teórico de concentração:

  • Exclusão dos minerais ganga na proporção em peso

  MINERAIS TRANSPARENTES (%) MINERAIS OPACOS (%) ESP RDC TFT RDN OPACOS GG POROS ALB PTL GRAF CCP OUTROS

  13.8 39.8 30.6 3.0 10.6 2,2

  0.0

  3.7

  2.6

  4.1

  0.2

  0.0

  • Redistribuição da proporção em peso das demais variáveis

  MINERAIS TRANSPARENTES (%) MINERAIS OPACOS (%) ESP RDC TFT RDN OPACOS GG POROS ALB PTL GRAF CCP OUTROS

  15.18 43.76 33.63 3.31

  4.12

  0.0

  0.0 4.12 0.0

  0.0

  0.0

  0.0 Novamente determinar o teor de manganês a partir da nova distribuição em peso dos minerais, totalizando o valor de 38,38%

  153

  Anexo 6 - Curva termogravimétrica Minério ROM Primeira

  154

  Anexo 6 - Curva termogravimétrica Minério ROM Segunda

  155

  Anexo 6 - Curva termogravimétrica Minério ROM Terceira

  156

  Anexo 6 - Curva termogravimétrica Produto Granulado

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