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Title:
METHOD FOR ARRANGING IN PILES THE TAILINGS GENERATED BY IRON ORE PROCESSING
Document Type and Number:
WIPO Patent Application WO/2020/237333
Kind Code:
A1
Abstract:
The present invention discloses a method for arranging in piles, instead of in dams, the tailings generated by iron ore processing, said method comprising the steps of thickening the ultrafine tailings, thickening the sandy tailings, mixing the tailings at a ratio of 80-90% sandy tailings to 10-20% ultrafine tailings by weight, adding coagulant, adding flocculent, filtering the mixture and piling the filtered tailings. Unlike the traditional methods, the present invention provides an economically and technically viable method for arranging tailings in piles, which can be used in any conventional iron ore concentration plant without having to alter the process flows in any way.

Inventors:
TORQUATO NILTON CARLOS (BR)
DA SILVA WASHINGTON (BR)
Application Number:
BR2020/050157
Publication Date:
December 03, 2020
Filing Date:
May 13, 2020
Export Citation:
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Assignee:
VALE SA (BR)
International Classes:
C02F11/14; B03D1/08; B03D1/10; B09B3/00; C02F103/10
Domestic Patent References:
WO2015168378A12015-11-05
Foreign References:
CN103977883A2014-08-13
BR0111278B12012-02-07
CN101234770A2008-08-06
Other References:
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MARCELO MIRANDA DE CASTRO, ROBERTO CARLOS, TRINDADE ' ABRUNHEIRO, PANTOJA RONALDO GUIMARÀES, QUEIROZ EDUARDO RAIMUNDO, JUNIOR ALVE: "A New Technology for Dry Disposal of Alunorte's Bauxite Residue", LIGHT METALS, 22 February 2013 (2013-02-22), Cham., pages 109 - 112, XP055762705, DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-319-65136-1_19
Attorney, Agent or Firm:
KASZNAR LEONARDOS INTELLECTUAL PROPERTY (BR)
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Claims:
REIVINDICAÇÕES

1. Processo de disposição em pilhas de rejeitos provenientes do processo de beneficiamento de minério de ferro caracterizado por compreender as seguintes etapas:

a. realizar o espessamento do rejeito ultrafino em espessador;

b. realizar o espessamento do rejeito arenoso em espessador;

c. realizar a mistura do rejeito arenoso com o rejeito ultrafino e adicionar coagulante para o pré-tratamento 1 da mistura de rejeitos; d. realizar o pré-tratamento 2 da mistura de rejeitos com a adição de floculante;

e. realizar a filtragem da mistura de rejeitos;

f. realizar o empilhamento do rejeito filtrado.

2. Processo de disposição em pilhas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa a) compreender um espessador do tipo alta densidade (HD - High Density).

3. Processo de disposição em pilhas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa b) compreender um espessador do tipo convencional.

4. Processo de disposição em pilhas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa c) compreender a mistura dos rejeitos na proporção de 80 a 90% peso de rejeito arenoso e 10 a 20% peso de rejeito ultrafino.

5. Processo de disposição em pilhas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa c) compreender a adição de coagulante na proporção de 100 a 130 g/t (gramas de coagulante por tonelada de mistura de rejeito).

6. Processo de disposição em pilhas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa d) compreender a adição de floculante na proporção de 15 a 30 g/t (gramas de floculante por tonelada de mistura de rejeito).

7. Processo de disposição em pilhas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa e) compreender uma filtragem realizada em um filtro vertical de disco a vácuo.

8. Processo de disposição em pilhas, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a etapa e) compreender uma filtragem que resulte em um teor de umidade da torta final filtrada de 10 a 18%.

Description:
"PROCESSO DE DISPOSIÇÃO EM PILHAS DE REJEITOS PROVENIENTES DO PROCESSO DE BENEFICIAMENTO DE MINÉRIO DE FERRO"

CAMPO DA INVENÇÃO

[001] A presente invenção refere-se a um processo de disposição de rejeitos, provenientes do processo de beneficiamento de minério de ferro, em pilhas, destinando-se, principalmente, à indústria de mineração.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002] O processo de beneficiamento de minério de ferro objetiva, a partir do material resultante da extração (material lavrado), separar e concentrar os materiais desejados, com alto teor de ferro e, consequentemente, alto valor económico agregado. O processo mais utilizado pela indústria da mineração compreende etapas que consistem, principalmente, nas operações unitárias de cominuição do minério lavrado (britagem e moagem), classificação para separação das frações granulométricas e concentração (flotação e separação magnética). Do referido processo de beneficiamento resultam-se também materiais com baixo valor económico agregado, denominados rejeitos, devido ao baixo teor de ferro. Como os processos de beneficiamento do minério em geral envolvem a adição de água, os rejeitos são normalmente dispostos na forma de polpas em reservatórios denominados de barragem.

[003] Atualmente, a indústria mineral produz centenas de milhões de toneladas de rejeitos por ano. Parte significativa desse material é disposta em barragens, o que gera enormes custos de construção, operação e gestão, assim como sérios riscos ambientais, e riscos de desastres de grandes proporções, tais como rompimentos. As eventuais falhas em barragens podem, como consequência, lançar milhões de metros cúbicos de rejeitos no ambiente, desabrigando comunidades, contaminando reservas de água potável, como rios e lagos, e provocando devastação da fauna local e nos meios de subsistência humana e animal da região atingida. Apesar dos esforços e tecnologias disponíveis, o rompimento de barragens de contenção de rejeitos de mineração ainda é responsável por acidentes, que por muitas vezes são catastróficos, com graves consequências sociais, ambientais e económicas. [004] Considerando esse panorama, o setor de mineração tem realizado grandes investimentos para desenvolver processos que minimizem os impactos produzidos por sua atividade em geral e, em particular, pelos rejeitos de mineração. O desenvolvimento de novos processos que visem mitigar os problemas decorrentes do beneficiamento do minério de ferro torna-se, assim, fundamental para a indústria de mineração.

[005] Uma das alternativas para minimização dos impactos é o desenvolvimento de um processo capaz de substituir a disposição dos rejeitos em barragens pela disposição dos rejeitos em pilhas após seu desaguamento.

[006] Os rejeitos gerados em operações de beneficiamento de minério de ferro podem ser classificados em dois tipos:

• Rejeito arenoso, contendo aproximadamente 95% de partículas com granulometria acima de 10 pm e de fácil permeabilidade. Na maior parte das instalações esse rejeito é gerado na operação unitária de concentração por flotação, mas também pode ser obtido em outros processos de concentração, como exemplo na concentração magnética.

• Rejeito ultrafino ou lama, normalmente contendo 60% ou mais de partículas com granulometria abaixo de 10 pm e com maior dificuldade de permeabilidade. Esse rejeito é gerado na operação unitária de deslamagem, que prepara a polpa para a etapa de concentração (flotação ou separação magnética).

[007] Os rejeitos arenosos podem ser desaguados em equipamentos como peneiras ou filtros. Devido aos grandes volumes de rejeitos gerados e à baixa capacidade das peneiras, a alternativa mais viável é o desaguamento em filtros.

[008] Os rejeitos ultrafinos podem ser desaguados em espessadores convencionais ou de alta densidade (HD - High Density) seguidos de filtro, ou ainda em espessadores de pasta. Cada tipo de espessamento possui suas limitações, por exemplo, o espessamento em pasta não é recomendável para operações na região do Quadrilátero Ferrífero em Minas Gerais devido à topografia local.

[009] A utilização de processos convencionais para desaguamento de rejeitos oriundos do beneficiamento de minério de ferro, principalmente o rejeito ultrafino, apresenta sérios problemas operacionais, principalmente no que diz respeito a sua eficiência. As tecnologias mais eficientes de desaguamento disponíveis no mercado requerem altos investimentos em bens de capital (CAPEx) e possuem altos custos operacionais (OPEx). Portanto, um dos principais desafios para a disposição de rejeitos em pilhas, consiste no desaguamento eficiente e economicamente viável.

[0010] No estado da técnica existem processos de disposição de rejeitos em pilhas, tais como o descrito em Boccamino (BOCCAMINO, G. D. Desenvolvimento de geometria para empilhamento de rejeitos desaguados de minério de ferro - Estudo de caso para os rejeitos gerados na instalação de tratamento de minérios itabiritícos (ITM-I) em operação na mina do pico. Dissertação de Mestrado UFOP. Ouro Preto, 2017). O documento consiste em um levantamento de informações gerais retirados da literatura científica, sobre empilhamento de rejeito de minério de ferro. Os dados experimentais apresentados mostram apenas que seria possível o empilhamento do rejeito 100% arenoso após as etapas de espessamento e filtragem. Por outro lado, como o rejeito ultrafino espessado ou filtrado não apresentou boas características para empilhamento, inseriu-se material rochoso estéril no empilhamento.

[0011] No processo descrito por Boccamino, os rejeitos não são processados em conjunto e, em nenhum momento, são misturados, pois, de acordo com o documento, cada região da pilha deveria conter um tipo de rejeito. Importante salientar que o autor não mencionou nenhuma informação no que diz respeito a parâmetros construtivos e estabilidade das pilhas ao longo do tempo e, tampouco, considerações no que tange à eficiência e viabilidade económica.

[0012] O pedido de patente US2018/0111131 revela um processo integrado para recuperação de ferro a partir de minério de ferro de baixo teor. O referido processo inclui as etapas de cominuição (britagem e moagem), classificação, flotação, remoagem do concentrado intermediário de ferro, beneficiamento da fração de finos e, posteriormente, a disposição dos rejeitos combinados em pilhas.

[0013] O pedido de patente US2018/0111131 tem como foco principal a necessidade de liberação mineralógica das partículas de ferro para maior recuperação, o que torna obrigatória a utilização de equipamentos específicos de moagem além de etapas sucessivas de classificação.

[0014] A rota de processo da presente invenção se diferencia da rota de processo de US2018/0111131 em diversos aspectos, dentre eles não contemplar a etapa de beneficiamento de finos que consiste em mais uma operação unitária de alto custo; possuir uma etapa única de filtragem, ao invés de filtrar separadamente o rejeito arenoso e o rejeito ultrafino; mesclar uma proporção diferente de rejeitos (80 a 90% de rejeito arenoso). Além disso, US2018/0111131 não apresenta informações no que diz respeito ao principal desafio tecnológico que é a filtragem do rejeito total (composição de grossos e finos). O documento US2018/0111131 não cita o tipo de equipamento de filtragem utilizado e quais os parâmetros operacionais necessários para operação. Este documento tampouco apresenta parâmetros construtivos e comentários acerca da estabilidade das pilhas ao longo do tempo.

[0015] Já o pedido de patente BR1120170263963, cuja titularidade é a mesma do documento US2018/0111131, descreve um processo integrado para recuperar metais de valor a partir de minérios, principalmente cobre e ouro. O pedido de patente BR1120170263963 descreve um processo que inclui etapas de cominuição (britagem e moagem), classificação, flotação, remoagem do concentrado intermediário, beneficiamento da fração de finos e, posteriormente, a disposição dos rejeitos combinados em pilhas.

[0016] Assim como US2018/0111131, o documento BR1120170263963 tem como foco principal a necessidade de liberação mineralógica das partículas metálicas para maior recuperação, o que torna obrigatória a utilização de equipamentos específicos de britagem e moagem além de etapas sucessivas de classificação.

[0017] A rota de processo da presente invenção se diferencia da rota de processo de BR1120170263963 em diversos aspectos, dentre eles:

• Apresentar informações específicas para o beneficiamento de minério de ferro, e não metais básicos cujas propriedades químico-mineralógicas são significativamente distintas;

• Não contemplar a etapa de flotação de finos, precedida de remoagem, que consiste em uma operação unitária significativamente relevante, de alto custo, necessária nas três modalidades de processos reivindicadas no documento BR1120170263963;

• Possuir uma etapa única de filtragem, ao invés de filtrar separadamente o rejeito arenoso e o rejeito ultrafino, conforme necessário nas modalidades 1 e 2 do pedido de patente BR1120170263963;

• Não contemplar a etapa de classificação após flotação necessária na modalidade 3 do pedido de patente BR1120170263963; • Utilizar diferente granulometria de materiais: a fração grossa no pedido BR1120170263963 refere-se às partículas maiores que 75pm e menores que 750pm e os finos às partículas menores que esta malha, enquanto que no presente pedido de patente a fração grossa refere-se às partículas menores que 150pm e maiores que lOpm e a fração fina refere-se às partículas de lamas (< 45pm).

[0018] Além disso, assim como US2018/0111131, o pedido de patente BR1120170263963 não apresenta informações no que diz respeito ao principal desafio tecnológico que é a filtragem do rejeito. Este documento não cita o tipo de equipamento de filtragem utilizado e quais os parâmetros operacionais necessários para operação. O documento tampouco apresenta parâmetros construtivos e comentários acerca da estabilidade das pilhas ao longo do tempo.

[0019] O processo desenvolvido, objeto do presente pedido de patente, se insere nesse contexto e apresenta uma solução económica e tecnicamente viável para a disposição de rejeitos provenientes do processo de beneficiamento de minério de ferro em pilhas e não mais em barragens de rejeitos.

OBJETIVOS DA INVENÇÃO

[0020] É um objetivo da presente invenção promover um processo de disposição de rejeitos provenientes do processo de beneficiamento de minério de ferro, que não seja em barragens de rejeitos.

[0021] É um objetivo ainda promover um processo de disposição de rejeitos de forma mais sustentável, uma vez que proporciona um maior aproveitamento da água, uma geração de volume significativamente menor de rejeitos e, consequentemente, uma menor área impactada para disposição final de rejeito.

[0022] Outro objetivo da presente invenção é promover um processo de disposição de rejeitos em pilhas que seja viável económica e tecnicamente.

[0023] É ainda objetivo da presente invenção provar a viabilidade construtiva e estabilidade de estruturas para disposição de rejeitos em pilhas.

[0024] Também é um objetivo da presente invenção promover um processo de disposição de rejeitos em pilhas que possa ser adicionado a qualquer planta convencional de beneficiamento de minério de ferro sem ser necessária nenhuma alteração no fluxograma de processos, uma vez que existem inúmeras plantas convencionais em operação, principalmente no Quadrilátero Ferrífero - MG.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0025] A presente invenção revela um processo de disposição em pilhas de rejeitos provenientes do processo de beneficiamento de minério de ferro, que compreende as etapas de espessamento do rejeito ultrafino, espessamento do rejeito arenoso, mistura dos rejeitos na proporção de 80 a 90% peso de rejeito arenoso e 10 a 20% peso de rejeito ultrafino (lama), adição de coagulante, adição de floculante, filtragem da mistura e empilhamento do rejeito filtrado.

[0026] Diferentemente dos processos tradicionais, a presente invenção promove um processo de disposição de rejeitos em pilhas, viável económica e tecnicamente, que pode ser adicionado a qualquer planta convencional de concentração de minério de ferro sem ser necessária nenhuma alteração no fluxograma de processos.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

[0027] A presente invenção é detalhadamente descrita com base nas respectivas figuras:

[0028] A Figura 1 ilustra um fluxograma comparativo do estado da técnica (IA) e da rota de disposição em pilhas de rejeitos da presente invenção (1B);

[0029] A Figura 2 ilustra um fluxograma com o detalhamento das etapas do processo de disposição em pilhas de rejeitos da presente invenção;

[0030] A Figura 3 ilustra a curva granulométrica representativa da mistura que contém 80% de rejeito arenoso e 20% de rejeito ultrafino;

[0031] A Figura 4 apresenta a curva granulométrica da mistura que contém 90% de rejeito arenoso e 10% de rejeito ultrafino.

[0032] A Figura 5 apresenta as curvas de compactação da mistura de 80% de rejeito arenoso e 20% de rejeito ultrafino;

[0033] A Figura 6 apresenta uma foto da trilha realizada pela roda do caminhão basculante no aterro construído com a mistura de 80% de rejeito arenoso e 20% de rejeito ultrafino; [0034] A Figura 7 apresenta uma foto da praça de trabalho após finalização do aterro construído com a mistura de 80% de rejeito arenoso e 20% de rejeito ultrafino;

[0035] A Figura 8 apresenta as curvas de compactação da mistura de 90% de rejeito arenoso e 10% de rejeito ultrafino;

[0036] A Figura 9 apresenta uma foto do espalhamento da mistura de 90% de rejeito arenoso e 10% de rejeito ultrafino no aterro;

[0037] A Figura 10 apresenta uma foto do platô após 3 dias de espalhamento da mistura de 90% de rejeito arenoso e 10% de rejeito ultrafino no aterro;

[0038] A Figura 11 apresenta uma foto do teste de compressão da pilha utilizando caminhão fora de estrada modelo 775 carregado;

[0039] A Figura 12 apresenta uma foto da preparação e plantio de vegetação nas pilhas;

[0040] A Figura 13 apresenta uma foto das pilhas após 6 meses de plantio da vegetação.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0041] Embora a presente invenção possa ser suscetível a diferentes modalidades, são mostradas nos desenhos e na seguinte discussão detalhada, concretizações preferidas com o entendimento de que a presente descrição deve ser considerada uma exemplificação dos princípios da invenção e não pretende limitar a presente invenção ao que foi ilustrado e descrito aqui.

[0042] A menos que indicado ao contrário, todas as partes e porcentagens são em peso.

[0043] A principal abordagem da presente invenção está relacionada a um processo de disposição em pilhas de rejeitos provenientes do processo de beneficiamento de minério de ferro, compreendendo as seguintes etapas:

A. realizar o espessamento do rejeito ultrafino em espessador de alta densidade (HD - High Density)

B. realizar o espessamento do rejeito arenoso em espessador convencional;

C. realizar a mistura dos rejeitos na proporção de 80 a 90% peso de rejeito arenoso e 10 a 20% peso de rejeito ultrafino e adicionar o coagulante para o pré- tratamento 1 da mistura de rejeitos;

D. realizar o pré-tratamento 2 da mistura de rejeitos com a adição de floculante;

E. realizar a filtragem da mistura de rejeitos em filtro vertical de disco a vácuo;

F. realizar o empilhamento da mistura de rejeito filtrado. [0044] O processo de concentração de minério de ferro mais utilizado pela indústria da mineração consiste na flotação. A utilização desse processo requer etapas anteriores de deslamagem, que consiste na retirada do minério ultrafino, o qual prejudica a eficiência do processo de concentração.

[0045] A deslamagem desse minério, de modo geral, é realizada por meio de equipamentos do tipo hidrociclones. Conforme apresentado pela Figura 1, o overflow da deslamagem, que é composto pelas frações ultrafinas de minério, é conduzido a um processo subsequente conhecido como espessamento. Na etapa de espessamento, a água de processo é recuperada ao mesmo tempo em que o material ultrafino é adensado. No estado da técnica, a destinação do material ultrafino adensado são as barragens de rejeito, conforme representado pela Figura IA. O fluxo de saída da etapa de deslamagem denominado underflow segue para a etapa de flotação. A flotação então gera o produto final do processo, que é o concentrado de minério de ferro, e também o rejeito arenoso que é disposto em barragens, conforme representado pela Figura IA.

[0046] A presente invenção utiliza o rejeito ultrafino procedente da deslamagem e o rejeito arenoso procedente da flotação como material de partida. Os rejeitos são espessados, misturados, tratados, filtrados e empilhados, conforme representado pela Figura 1B e explicado em detalhes posteriormente.

[0047] O rejeito ultrafino procedente da deslamagem é constituído basicamente por minerais de ganga, principalmente quartzo e caulinita, e minerais de ferro. Tipicamente, o rejeito ultrafino possui cerca de 60% de partículas abaixo de 10 pm e 20% abaixo de 3 miti, além de tamanho máximo de partículas (top size) próximo a 45 pm.

[0048] O rejeito arenoso procedente da flotação é constituído basicamente pelos minerais quartzo e hematita. Tipicamente, o rejeito arenoso possui cerca de 90% de partículas abaixo de 150pm, 50% abaixo de 75pm, 30% abaixo de 45pm e apenas 5% de partículas abaixo de 10pm.

[0049] Conforme representado pelo fluxograma da Figura 2, a primeira etapa do processo da presente invenção, consiste no espessamento do rejeito ultrafino utilizando espessador de alta densidade (HD - High Density).

[0050] A utilização de processos convencionais para o desaguamento de rejeito ultrafino apresenta sérios problemas operacionais, principalmente no que diz respeito a sua eficiência. Por esse motivo é recomendada a utilização de equipamentos especiais de espessamento, tais como o espessador de alta densidade (HD - High Density).

[0051] O espessador de alta densidade possui a capacidade de processar material com concentração mássica de sólidos entre 20% a 45% e obter um underflow mais denso, com 35 a 55% de concentração mássica de sólidos, para posteriormente misturar com rejeito arenoso. Preferencialmente, o percentual de sólidos após espessamento do rejeito ultrafino é de 45 a 55%.

[0052] O espessador de alta densidade (HD - High Density) é caracterizado por possuir altura lateral igual ou maior que 6 metros, menor área em comparação aos espessadores convencionais e por promover maior adensamento do underflow.

[0053] A segunda etapa do processo da presente invenção consiste no espessamento do rejeito arenoso, conforme apresentado pela Figura 2, que ocorre paralelamente à etapa de espessamento do rejeito ultrafino. O rejeito arenoso proveniente da flotação constitui uma polpa contendo concentração mássica de sólidos de 30 a 45% e grande quantidade de bolhas. O espessador convencional tem a capacidade de elevar a concentração mássica dos sólidos da polpa para 60 a 70%, ponto de melhor eficiência dos filtros subsequentes; reduzir a incidência de bolhas, de forma a possibilitar o transporte da polpa por bombas de polpa horizontais; e recuperar água para recirculação no processo. Preferencialmente, o percentual de sólidos após espessamento do rejeito arenoso é de 65%.

[0054] Conforme apresentado na Figura 2, a terceira etapa do processo da presente invenção consiste em misturar os rejeitos, preferencialmente, na proporção de 80 a 90% peso de rejeito arenoso e 10 a 20% peso de rejeito ultrafino e adicionar o coagulante para o pré-tratamento 1 dessa mistura de rejeitos.

[0055] Após a realização de testes com diferentes percentuais de cada rejeito recomenda-se a utilização de no máximo 90% peso de rejeito arenoso, pois quanto maior a quantidade de rejeito arenoso, maior o arraste eólico após construção das pilhas. Para disposição de apenas rejeito arenoso deve-se, inclusive, prever um sistema de combate ao arraste eólico bem eficiente ou agressivo, pois, quando a umidade superficial registra valores abaixo de 5,5% (umidade mineira) o volume de partículas arrastadas é muito grande. O arraste eólico é sensivelmente reduzido com presença de rejeito ultrafino junto ao rejeito arenoso. [0056] No que diz respeito à proporção de rejeito ultrafino utilizado, recomenda-se a utilização de no máximo 20% peso de rejeito ultrafino, pois acima desse percentual há uma significativa queda de performance quanto ao aspecto de trabalhabilidade das pilhas. Isso acontece, pois, a umidade do rejeito total filtrado fica acima da umidade crítica, acima de 100% do grau de saturação do material, gerando grande dificuldade na construção do aterro, com presença de comportamento de "borrachudo" (grandes aberturas no aterro geradas pela tentativa de trânsito de caminhões). Portanto não é possível realizar a compactação do rejeito logo após sua disposição na pilha. Caso seja utilizado mais de 20% de rejeito ultrafino, torna-se necessário um tempo de repouso após a disposição do rejeito no aterro, entre 4 a 5 dias, para garantir redução de umidade, e só então realizar a compactação do rejeito. Tal fato torna inviável a operacionalização do processo.

[0057] Portanto, conclui-se que a utilização de 80 a 90% peso de rejeito arenoso e, consequentemente, 10 a 20% de rejeito ultrafino é a proporção ideal para um processo eficiente e viável técnica e economicamente, entretanto, não limitando a utilização de outras proporções por meio da presente invenção.

[0058] A mistura do rejeito arenoso com o rejeito ultrafino é realizada em um tanque com agitação, sendo o tempo de agitação de 10 a 15 minutos, ou até completa homogeneização do material. Nesse mesmo tanque de mistura é adicionado reagente coagulante na proporção de 100 a 130 g/t (gramas de coagulante por tonelada de mistura de rejeito) e a agitação deve ser mantida por pelo menos mais 10 minutos.

[0059] O reagente coagulante utilizado deve ser um produto que promova a coagulação com o objetivo de remover sólidos em suspensão, realizar separação de sólidos/líquidos e acelerar a sedimentação de sólidos. Um exemplo desse reagente é o coagulante WD 545PI, comercializado pela empresa Werdyal Tratamento Ambiental Ltda. A adição de coagulante pode promover a diminuição do pH da mistura, beneficiando a subsequente etapa de filtragem.

[0060] De acordo com a Figura 2, a quarta etapa do processo da presente invenção consiste na adição de reagente floculante à mistura de rejeitos. O objetivo da adição desse reagente é a floculação de partículas finas em longos flocos, permitindo assim maior eficiência na filtragem do material. [0061] É imprescindível que a adição do floculante seja realizada imediatamente antes da etapa de filtragem, pois forças cisalhantes decorrentes da agitação ou bombeamento podem romper os flocos, prejudicando a integridade dos mesmos. Por esse motivo recomenda-se a instalação de uma caixa de floculação imediatamente antes da filtragem.

[0062] O agente floculante é adicionado na proporção de 15 a 30 g/t (gramas de floculante por tonelada de mistura de rejeito). Um exemplo desse reagente é o floculante aniônico em pó FLOPAM AN 934 MPM, comercializado pela empresa SNF Floerger.

[0063] Conforme apresentado pela Figura 2, a quinta etapa do processo da presente invenção consiste na filtragem da mistura em filtro vertical de disco a vácuo. A mistura de rejeitos, após a adição de floculante na caixa de floculação, é submetida ao processo de filtragem cuja taxa unitária de filtragem (TUF) é de 1,4 a 2,4 t/h/m 2 . O filtro de disco a vácuo deve operar em uma faixa de velocidade que varia de 1 a 2 rpm. O teor de umidade da torta final filtrada é de 10 a 18%, sendo preferencialmente 13 a 14%.

[0064] O rejeito filtrado segue então para a última etapa do processo da presente invenção, de acordo com a Figura 2, que consiste na disposição em pilhas. O rejeito filtrado é transportado da planta de filtragem para o local de disposição, onde é realizado o descarregamento.

[0065] Aplica-se o método construtivo comumente adotado em operações de pilhas de estéril, utilizando camadas com alturas diferentes. Neste método um trator de esteiras nivela ("quebra") o monte do material, espalhando o rejeito e regularizando o avanço da formação da camada de espessura uniforme, e criando uma nova área ("praça") para disposições dos materiais pelos caminhões. O processo se repete até a altura final da camada seguinte. A compactação dos aterros é realizada através do tráfego de caminhões e tratores sobre a superfície do aterro.

[0066] Dessa forma, embora tenham sido mostradas apenas algumas modalidades do invento, será entendido que várias omissões, substituições e alterações podem ser feitas por um técnico versado no assunto, sem se afastar do espírito e escopo da presente invenção. As modalidades descritas devem ser consideradas em todos os aspectos somente como ilustrativas e não restritivas. [0067] É expressamente previsto que todas as combinações dos elementos que desempenham a mesma função substancialmente da mesma forma para alcançar os mesmos resultados estão dentro do escopo da invenção. Substituições de elementos de uma modalidade descrita para outra são também totalmente pretendidas e contempladas. Também é preciso entender que os desenhos não estão necessariamente em escala, mas que eles são apenas de natureza conceituai. A intenção é, portanto, ser limitada, tal como indicado pelo escopo das reivindicações anexas.

[0068] O exemplo a seguir é oferecido no sentido de auxiliar a compreensão da presente invenção e não devem ser considerados como limitativos de seu escopo.

Exemplo

[0069] Foram realizados testes de beneficiamento de rejeitos de minério de ferro, em planta piloto, com o objetivo de avaliar a viabilidade técnico-operacional da disposição dos rejeitos em pilhas. Para a realização dos testes foram utilizados rejeitos provenientes do processamento de itabirito compacto oriundos de operações de minério de ferro localizadas na região do Quadrilátero Ferrífero (estado de Minas Gerais, Brasil).

[0070] A Tabela 1 mostra a composição química média do rejeito arenoso e do rejeito ultrafino utilizados nos testes em planta piloto.

Tabela 1 - Composição química dos rejeitos de minério de ferro

[0071] A primeira etapa consistiu no espessamento do rejeito ultrafino em espessador de alta de densidade (HD - High Density). O underflow obtido apresentou concentração mássica de sólidos de 45% a 55%.

[0072] A segunda etapa consistiu no espessamento do rejeito arenoso em espessador convencional. Foi utilizado um espessador convencional com 8,2 metros de diâmetro, com capacidade de processamento de 110 t/h. A área unitária foi de 0,020 m 2 /t/dia. Apesar de ter sido instalado um sistema de dosagem de floculante, este não se mostrou necessário para os rejeitos testados, pois foi possível atingir a esperada concentração de sólidos no underflow (60 a 65%), sem grande presença de sólidos no overflow (<0,3%). Mesmo com pouca presença de sólidos, o overflow foi turvo, pois o pH da polpa na alimentação do espessador, ou rejeito da flotação, esteve entre os valores de 8,4 a 8,9 e neste valor de pH as partículas ultrafinas são dispersas, tornando o fluxo coloide.

[0073] A terceira etapa consistiu em misturar o rejeito arenoso com o rejeito ultrafino em um tanque com agitação. Foram realizados diversos testes para observar o comportamento de misturas de rejeitos com diferentes percentuais de rejeito arenoso e rejeito ultrafino. Entretanto, os melhores resultados foram obtidos quando não se ultrapassou o limite de 20% de rejeito ultrafino e 90% de rejeito arenoso, como pode ser observado na Tabela 2. Portanto, concluiu-se que a utilização de 80 a 90% peso de rejeito arenoso e, consequentemente, 10 a 20% de rejeito ultrafino é ideal para um processo eficiente e viável técnica e economicamente. O tempo de agitação para homogeneização da mistura de rejeitos variou de 10 a 15 minutos.

[0074] A Figura 3 apresenta a curva granulométrica representativa da mistura que contém 80% de rejeito arenoso e 20% de rejeito ultrafino. A Figura 4 apresenta a curva granulométrica da mistura que contém 90% de rejeito arenoso e 10% de rejeito ultrafino.

[0075] No próprio tanque de mistura foi adicionado reagente coagulante WD 545PI, comercializado pela empresa Werdyal Tratamento Ambiental, na concentração original de 89%. Para os testes com a mistura contendo a proporção de 80% de rejeito arenoso para 20% de rejeito ultrafino, a quantidade de coagulante adicionado foi de 114 g/t (gramas de coagulante por tonelada de mistura de rejeito). Para os testes com a mistura contendo a proporção de 90% de rejeito arenoso para 10% de rejeito ultrafino, a quantidade de coagulante adicionado foi de 116 g/t (gramas de coagulante por tonelada de mistura de rejeito). A agitação do tanque foi mantida por 10 minutos após adição de coagulante. A adição do coagulante promoveu a diminuição do pH da mistura de 8,5 - 9,0 para 6,0 - 8,0. O aumento da acidez beneficia a etapa subsequente de filtragem.

[0076] A quarta etapa consistiu na adição do reagente floculante aniônico em pó FLOPAM AN 934 MPM, comercializado pela empresa SNF Floerger, diluído a 0,5%, à mistura de rejeitos. Para os testes com a mistura contendo a proporção de 80% de rejeito arenoso para 20% de rejeito ultrafino, a quantidade de floculante adicionado foi de 21 g/t (gramas de coagulante por tonelada de mistura de rejeito). Para os testes com a mistura contendo a proporção de 90% de rejeito arenoso para 10% de rejeito ultrafino, a quantidade de floculante adicionado foi de 18 g/t (gramas de coagulante por tonelada de mistura de rejeito). O floculante foi adicionado na caixa de floculação, que se localiza imediatamente antes do filtro de disco à vácuo.

[0077] A quinta etapa do processo consistiu na filtragem da mistura em filtro vertical de disco a vácuo. Foi utilizado um filtro FLSmidth com 10 discos de 6 metros de diâmetro, com 47m 2 de área filtrante.

[0078] A mistura de rejeitos foi filtrada, imediatamente após a adição de floculante, e a taxa unitária de filtragem (TUF) variou de 1,4 a 2,4 t/h/m 2 , conforme pode ser observado na Tabela 2. O teor de umidade da torta final filtrada foi de cerca de 14%. O filtro de disco a vácuo operou em uma faixa de velocidade de 1 a 2 rpm.

Tabela 2 - Resultado da filtragem da mistura de rejeito em filtro de disco a vácuo

[0079] Em relação aos filtros de disco, foram utilizados dois tipos de tecidos filtrantes, de diferentes fornecedores, sendo que ambos apresentaram ótimo desempenho. Foram eles: • Fornecedor Casfil·. fibra 100% polipropileno; fio monofilamentado; contextura cetim; gramatura 285 g/m 2 ; espessura 0,48 mm; permeabilidade ao ar 36 m 3 /min/m 2 ; acabamento calandrado.

• Fornecedor Volmet: tela de filtro PT2031 SK; fio monofilamentado.

[0080] A bomba de polpa especial utilizada foi um modelo Nash-Krogh (0 de saída = 1,5" x 0 do rotor = 9"), que se mostrou uma excelente opção em substituição a perna barométrica.

[0081] O uso do coagulante e floculante permitiu um bom desempenho da filtragem, sem impactar a vida útil do tecido dos filtros que se manteve em torno de 2.100h, sem embasamento e sem necessidade do uso de água de lavagem.

[0082] O rejeito filtrado seguiu então para a etapa de disposição em pilhas. O rejeito filtrado foi transportado da planta de filtragem para o local de disposição, onde realizou- se o descarregamento, espalhamento e conformação em camadas com a utilização de trator de esteiras.

[0083] A primeira pilha experimental construída apresentou as seguintes dimensões: 160 metros de comprimento, por 60 metros de largura, por 8,2 metros de altura. A construção dessa pilha experimental foi realizada em camadas, com altura oscilando de 600 mm a 4.000 mm. As dimensões das pilhas subsequentes construídas oscilaram de acordo com a experiência dos geotécnicos envolvidos.

[0084] Testes realizados em todas as camadas mostraram ótimos resultados geotécnicos. Nas camadas entre 600 mm e 1.000 mm foi identificada ótima trabalhabilidade com graus de compactação próximo da umidade ótima.

[0085] A compactação dos aterros foi realizada através do tráfego de caminhões e tratores sobre a superfície do aterro. A Tabela 3 apresenta os valores de umidade crítica nas pilhas.

Tabela 3 - Resultados médios da filtragem e empilhamento das misturas de rejeito

[0086] A mistura contendo 80% de rejeito arenoso e 20% de rejeito ultrafino apresentou umidade média geotécnica na ordem de 17,0% na saída do filtro a disco, com uma boa performance no geral, porém em alguns momentos foram encontradas umidades que dificultaram a execução das atividades no aterro, identificadas na Figura 5. Para essas ocasiões, foi necessário deixar o material em repouso para secagem durante um dia, em média, para que houvesse perda de umidade e fosse possível trabalhar o material para conformação do aterro experimental. A Figura 5 mostra que a partir da umidade de 17,5% o material já atinge a zona saturada e dessa forma chega a um patamar de difícil trabalhabilidade (comportamento "borrachudo"), no entanto, isso não inviabilizou a operação.

[0087] A partir das observações de campo este aterro foi considerado satisfatório e esta proporção está sendo recomendada para utilização em projetos de pilha de rejeito filtrado em escala industrial, ainda que tenham sido identificadas algumas dificuldades em relação à trabalhabilidade do material imediatamente após a saída do filtro, conforme pode ser visto na Figura 6 (trilhas de roda entre 20 e 30 cm). A Figura 7 apresenta a praça de trabalho após finalização do aterro.

[0088] A mistura contendo 90% de rejeito arenoso e 10% de rejeito ultrafino apresentou ótima trabalhabilidade sem observação de valores de umidade próximos da umidade crítica, sem ocorrências de dificuldades de construção do aterro. A variação das umidades de saída do filtro abaixo da zona de saturação pode ser observada na Figura 8.

[0089] Observa-se, na Figura 8, que a partir da umidade de 19,0% o material já atinge a zona saturada e, dessa forma, alcança um ponto de difícil trabalhabilidade. O rejeito apresentou umidade média geotécnica na ordem de 16,8%, com ótima trabalhabilidade. Este aterro experimental teve resultados satisfatórios quanto aos aspectos de filtragem e trabalhabilidade construtiva.

[0090] A Figura 9 apresenta o comportamento da mistura contendo 90% de rejeito arenoso e 10% de rejeito ultrafino após espalhamento do material, e a Figura 10 demonstra o platô após 3 dias de espalhamento do material.

[0091] Após a construção das pilhas foi realizado teste com caminhão fora de estrada, modelo 775, carregado com cerca de 60 toneladas de estéril. Para a pilha construída com a mistura contendo 80% de rejeito arenoso e 20% de rejeito ultrafino, a compressão no solo foi equivalente com o caminhão traçado, comumente utilizado para construção das pilhas, conforme mostra Figura 11. Este teste validou todas as observações referentes a trabalhabilidade nas outras pilhas onde foram utilizados apenas caminhão traçado.

[0092] Os aterros experimentais apresentaram ótimos resultados quanto aos aspectos de filtragem e trabalhabilidade construtiva, além de resultados satisfatórios dos ensaios geotécnicos de campo e laboratório, e, por esse motivo, estão sendo recomendados para projetos futuros de disposição em pilha de rejeito filtrado. Os critérios e premissas de projeto a serem adotados deverão ser determinados em função das configurações geométricas da pilha e das características de sua fundação.

[0093] Foram testadas ainda três formas de plantio de vegetação nas pilhas, sendo elas (i) plantio direto sobre o rejeito, (ii) plantio sobre tela vegetal e (iii) plantio utilizado uma camada de top soil.

[0094] A Figura 12 exibe a foto de uma pilha no dia da preparação e plantio da vegetação, em 03/10/2017. A Figura 13 mostra a foto do resultado obtido, 6 meses depois, no talude da pilha contendo 80% de rejeito arenoso mais 20% do rejeito ultrafino. Em todos os casos o resultado foi similar e, conforme esperado, o plantio sobre a camada top soil apresentou melhor desempenho. No entanto, na aplicação industrial com evolução contínua da pilha de rejeito, há risco de não conseguir top soil suficiente. Posto isso, para um projeto industrial recomenda-se considerar utilização da bio manta vegetal aliada a hidro-semeadura aplicada com uma carga de sementes e insumos bem carregadas.