[0001] A presente invenção está relacionada a processos de beneficiamento de minério. Em particular, a presente invenção se refere a processos de beneficiamento de minério por flotação. A presente invenção também se refere a um sistema de beneficiamento de minério. FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

[0002] Entende-se por beneficiamento de minério o conjunto de operações fundamentais no preparo do bem mineral para torná-lo adequado à sua utilização futura em outras indústrias (metalúrgica, química, etc.). Seu objetivo é separar o material de interesse, contido no mineral, daquilo que não possui valor comercial, ou ainda deixá-lo com tamanho compatível com as demandas de mercado. As primeiras etapas do processamento do minério são dedicadas à cominuição e homogeneização do material coletado nas minas. Em seguida, o material é selecionado por peneiramento e técnicas de classificação para aplicação de métodos de concentração adequados ao tamanho das partículas do material. Resumidamente, métodos gravíticos (calhas concentradoras, concentrador Reichert, mesas estáticas e oscilatórias, jigues, espirais e concentradores centrífugos) são utilizados para separar partículas maiores.

[0003] Recorre-se à flotação como processo para separar as partículas de minério com diâmetro médio abaixo de 0,15mm, que gera uma lama espessa que após ser decantada passa por um processo de filtragem que leva à obtenção do concentrado para uso posterior na cadeia industrial.

[0004] Flotação é um processo de separação de minerais que explora a diferença na facilidade na qual bolhas de ar aderem seletivamente a superfícies de sólidos presentes em uma mistura aquosa ou lama. Partículas aderidas às bolhas de ar são trazidas à superfície, enquanto as demais continuam retidas na fase líquida. Diversos reagentes químicos podem ser empregados para alterar as propriedades superficiais dos minerais de interesse a fim de separá-los da mistura, tais como: (i) coletores, que aderem à superfície das partículas tornando-as hidrofóbicas; (ii) espumantes, que contribuem para estabilidade do tamanho das bolhas; e (iii) modificadores, que são ativadores, depressores e moduladores de pH que alteram a seletividade do processo.

[0005] A flotação de minério de ferro, por exemplo, se enquadra na categoria de flotação reversa, pois o material desejado permanece imerso enquanto as impurezas, que são majoritariamente quartzo (sílica ou S1O2), são flotadas e encaminhadas ao rejeito. O desempenho de um método de separação pode ser avaliado pela taxa de recuperação metalúrgica, que mede a quantidade de elemento valioso que se conseguiu obter no processo de concentração de minério e pela sua pureza, que é medida pelo teor do elemento valioso presente no minério. A prática industrial demonstra que há uma relação de compromisso entre a taxa de recuperação e a pureza do material obtido pelo método de beneficiamento. Em outras palavras, métodos de obtenção de minério com alto teor de pureza usualmente implicam em menores taxas de aproveitamento, isto é, desperdício de minério ocorre no procedimento de separação. O inverso também é observado, ou seja, métodos com altas taxas de aproveitamento usualmente fornecem materiais com teor de pureza mais baixo. Tal fato justifica a busca por novas tecnologias para melhoria de desempenho em processos de beneficiamento, como as técnicas de ultrassom.

[0006] Uma série de publicações científicas apontam aumento na eficiência em processos de beneficiamento por meio de diferentes técnicas de ultrassom. É recorrente o uso de transdutores ultrassónicos em aparatos experimentais projetados para gerar cavitação acústica. Nesses casos, os transdutores de potência, normalmente operando na frequência de 20 a 100kHz, geram ondas de pressão em um fluido alternando em ciclos de compressão e rarefação. Durante a fase de rarefação, a pressão negativa gerada no campo acústico é suficiente para superar forças de ligação molecular do fluido, resultando na formação de microbolhas. A fase de compressão subsequente do ciclo de onda faz com que essas bolhas colapsem abruptamente gerando pulsos localizados de alta energia. Nesses equipamentos, a energia expelida no colapso das bolhas é empregada para limpar a superfície de sólidos submersos no fluido.

[0007] Documentos do estado da técnica revelam acréscimo no índice de aproveitamento no processo de flotação obtido através do uso de ultrassom na etapa de pré-condicionamento da polpa de minério. A cavitação gerada pelo campo acústico aplicada na polpa promove a limpeza superficial das partículas de minério, o que posteriormente facilita a atuação dos reagentes químicos coletores aplicados durante o processo de flotação. Essa abordagem é executada em diversos experimentos, por exemplo, no beneficiamento de magnesita, galena, blenda, calcopirita, pirita, xisto betuminoso e carvão.

[0008] Diversas técnicas de aplicação de ultrassom no processo de flotação de minérios são conhecidas atualmente. Abaixo são citados alguns dos documentos que revelam tais metodologias.

[0009] O documento US10464075B2 descreve um método de concentração por meio de flotação que emprega partículas coletoras anisotrópicas em conjunto com um transdutor de ultrassom. O transdutor de ultrassom é posicionado no interior de uma câmara de mistura das partículas coletoras com a polpa.

[0010] O documento CN101637756B descreve um sistema que emprega ondas ultrassónicas para tratamento de polpa de minério, compreendendo: (i) um transdutor ultrassónico; (ii) um invólucro fechado fixo em volta do transdutor ultrassónico, sendo este fabricado em aço; (iii) um tubo de transferência de chumbo posicionado na superfície superior do invólucro fixo; (iv) uma haste de posicionamento do transdutor ultrassónico conectada de maneira fixa à extremidade lateral do invólucro fixo do transdutor ultrassónico; e (v) um clipe de fixação que é conectado à haste de posicionamento do transdutor ultrassónico. O sistema de CN101637756B pode ser usado separadamente em um tanque de tratamento de polpa de minério ou uma pluralidade de geradores de ultrassom pode ser combinada para uso e organizada de várias maneiras, para que a altura e a direção de rotação possam ser convenientemente ajustadas.

[0011] O documento DE4420210A1 descreve um processo para a separação de sólidos e substâncias hidrofóbicas em suspensão com o auxílio da flotação, no qual as ligações na suspensão entre sólidos e substâncias hidrofóbicas são dissolvidas com o auxílio do ultrassom. No processo de DE4420210A1, ondas de ultrassom podem ser aplicadas em diversas etapas e porções do reservatório.

[0012] O artigo científico intitulado “Effect of ultrasonic pre- treatment time on coai flotation” (Kopparthi et al.) descreve um estudo que tem por objetivo avaliar a utilização de ondas de ultrassom no tratamento de carvão mineral no processo de concentração por flotação. Para cada um dos experimentos realizados em tal documento, 500 g de amostra de carvão foram misturados com água por 3 minutos. Após mistura, a polpa de carvão foi condicionada com reagentes de flotação; coletor e espumante. Para pré-tratamento ultrassónico, a sonda ultrassónica foi inserida na célula e a polpa de carvão foi submetida a pré-tratamento antes do condicionamento com reagentes. [0013] Como pode ser observado, todos os documentos citados acima revelam métodos de aplicação de ultrassom no beneficiamento de minérios, especialmente no processo de flotação. Entretanto, todos os processos acima descritos utilizam a aplicação de ultrassom com o transdutor imerso na polpa de minério. Nessa configuração, as ondas de ultrassom não atuam somente na espuma, e sim na polpa da flotação, podendo alterar parâmetros de espuma (distribuição do tamanho de bolhas) sem que seja desejável. Este tipo de aplicação provoca também aumento da turbulência na zona de separação, que pode acarretar no destacamento das partículas a serem flotadas das bolhas, especialmente das partículas grossas.

[0014] Adicionalmente, o artigo científico intitulado “Effect of ultrasound on separation selectivity and efficiency offlotation” (Cilek et al.) demonstrou que o uso do transdutor imerso próximo à zona de espuma reduziu a eficiência do processo, pois a imersão do transdutor emitindo ondas ultrassónicas resulta na coalescência das bolhas, que nada mais é do que união das mesmas, levando à ruptura e perda de partículas minerais grossas a elas aderidas. Ou seja, neste caso, o uso de ultrassom imerso próximo à espuma prejudica a recuperação mineral.

[0015] A presente invenção visa a solução dos problemas acima citados, uma vez que não há no estado da arte um processo específico para evitar tais efeitos secundários indesejados quando do uso da técnica de ultrassom no processo de beneficiamento de minérios por flotação.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[0016] A presente invenção tem como um primeiro objetivo prover um processo e um sistema de beneficiamento de minério com aplicação de ultrassom na espuma da flotação sem imersão do transdutor de ultrassom.

[0017] A presente invenção tem como um segundo objetivo prover um processo e um sistema de beneficiamento de minério com aplicação de ultrassom na espuma da flotação capaz de drenar parcialmente o filme líquido existente entre as bolhas de ar, promovendo aumento da recuperação do mineral de interesse.

[0018] A presente invenção tem como um terceiro objetivo prover um processo e um sistema de beneficiamento de minério com aplicação de ultrassom nos rejeitos capaz de suprimir espumas trifásicas persistentes, uma vez que a estabilidade excessiva da espuma, causada pela presença de reagentes residuais de flotação e partículas minerais, reduz a eficiência dos processos envolvidos na gestão hídrica e de rejeitos.

[0019] De forma a alcançar os objetivos acima descritos, a presente invenção provê um processo de beneficiamento de minério com aplicação de ultrassom na espuma da flotação ou dos rejeitos compreendendo as etapas de (i) posicionar um transdutor de ultrassom de emissão em ar acima da espuma e (ii) emitir ondas ultrassónicas a partir do transdutor de ultrassom de emissão em ar em direção à espuma.

[0020] Adicionalmente, a presente invenção provê um sistema de beneficiamento de minério com aplicação de ultrassom na espuma da flotação ou dos rejeitos compreendendo um transdutor de ultrassom de emissão em ar posicionado acima da espuma, o transdutor de ultrassom sendo adaptado para emitir ondas ultrassónicas em direção à espuma.

BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS [0021] A descrição detalhada apresentada adiante faz referência às figuras anexas e seus respectivos números de referência.

[0022] A figura 1 ilustra um arranjo esquemático de acordo com uma primeira concretização da presente invenção.

[0023] A figura 2 ilustra um arranjo esquemático de acordo com uma segunda concretização da presente invenção.

[0024] A figura 3 mostra uma vista esquemática em corte de um transdutor de ultrassom de emissão em ar empregado pela presente invenção.

[0025] A figura 4 ilustra os resultados da relação entre a variável “ganho” (do inglês, gain ) de potência fornecida ao transdutor de ultrassom e a taxa de supressão de espumas trifásicas em um experimento de flotação com minério de ferro, de acordo com a primeira concretização da presente invenção.

[0026] A figura 5 mostra os resultados da relação entre a variável “ganho” de potência fornecida ao transdutor de ultrassom e a taxa de recuperação de Fe e S1O2 no rejeito, de acordo com a segunda concretização da presente invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

[0027] Preliminarmente, ressalta-se que a descrição que se segue partirá de concretizações preferenciais da invenção. Como ficará evidente para qualquer técnico no assunto, no entanto, a invenção não está limitada a essas concretizações particulares.

[0028] A presente invenção soluciona 0 problema técnico descrito acima pelo provimento de um processo e sistema de beneficiamento de minério com aplicação de ultrassom na espuma da flotação ou dos rejeitos, onde 0 transdutor de ultrassom não é imerso na polpa de minério.

[0029] Conforme ilustrado nas figuras 1 e 2, um transdutor de ultrassom 10 de emissão em ar é provido acima da espuma, que está localizada sobre a polpa de minério contida no interior de um reservatório 20 ou tanque de flotação 21.

[0030] O transdutor de ultrassom 10 de emissão em ar é preferencialmente um transdutor de alta potência que emprega um transdutor de Lanvengin 12 posicionado na porção posterior do transdutor de ultrassom 10, conforme ilustrado na figura 3. Transdutores de Lanvengin utilizam potência mecânica de um conjunto de cerâmicas piezoelétricas 14 empilhadas e pressionadas por massas metálicas através de um parafuso de alta resistência. Seu acionamento resulta da excitação harmónica de tensão elétrica aplicada nos eletrodos ligados as faces das cerâmicas piezoelétricas, que vibram em um modo longitudinal do dispositivo.

[0031] Preferencialmente, uma placa de emissão em ar 16 é acoplada a um amplificador mecânico 18, ambos posicionados na porção anterior do transdutor de ultrassom 10. Opcionalmente, a placa de emissão em ar 16, que pode ser circular ou retangular, compreende ranhuras ou degraus usinados em sua superfície. A profundidade do degrau é preferencialmente do tamanho de meio comprimento da onda que se propaga em ar, que induz um atraso de fase na onda emitida nas superfícies rebaixadas com relação às demais. Dessa forma, evitam-se as interferências destrutivas de onda inerentes dos modos vibracionais de flexão axissimétricos das placas radiantes cilíndricas lisas.

[0032] O reservatório 20 e o tanque de flotação 21 sobre os quais o transdutor de ultrassom é posicionado compreendem preferencialmente uma entrada de ar localizada na porção inferior dos mesmos, conforme mostrado nas figuras 1 e 2. A porção inferior do reservatório 20 e do tanque de flotação 21 pode compreender, por exemplo, uma placa porosa para distribuição uniforme do ar na área da base do equipamento.

[0033] Em uma primeira concretização, ilustrada na figura 1, o transdutor de ultrassom 10 é posicionado sobre o reservatório 20 a um ângulo de 90°, com o objetivo de supressão de espumas trifásicas mineralizadas persistentes, uma vez que a estabilidade excessiva da espuma, causada pela presença de reagentes residuais de flotação e partículas minerais, reduz a eficiência dos processos envolvidos na gestão hídrica e de rejeitos. A vibração mecânica promovida pelas ondas ultrassónicas geradas pelo transdutor de ultrassom 10 sobre a espuma trifásica efluente da flotação rompe a estrutura das bolhas e suprime as espumas que atrapalham os processos de bombeamento deste fluxo e de espessamento.

[0034] A primeira concretização da presente invenção, ilustrada na figura 1, pode ser utilizada nas calhas de fluxo de espumas efluentes da flotação, caixas de bomba e/ou na área de alimentação de espessadores.

[0035] A figura 4 mostra os resultados da relação entre a variável “ganho” (do inglês, gain ) de potência fornecida ao transdutor de ultrassom 10 e a taxa de supressão de espumas no reservatório 20 para a supressão das espumas trifásicas em um experimento com minério de ferro, de acordo com a primeira concretização da presente invenção.

[0036] Em uma segunda concretização, ilustrada na figura 2, o transdutor de ultrassom 10 é posicionado sobre o tanque de flotação 21 a um ângulo a menor que 90°, com o objetivo de drenar, parcialmente, o filme líquido existente entre as bolhas de ar. Nessa concretização, a injeção de ar na porção inferior do reservatório juntamente com a ação de um meio agitador 30 promovem a formação de bolhas que carregam partículas hidrofóbicas e, eventualmente, geram fluxos hidrodinâmicos capazes de arrastar partículas hidrofílicas. Basicamente, a vibração mecânica promovida pelas ondas ultrassónicas geradas pelo transdutor de ultrassom 10 sobre a camada de espuma da flotação aumenta a drenagem das lamelas de água (filme líquido existente entre as bolhas de ar), que aprisionam partículas hidrofílicas na espuma, favorecendo o retorno deste para o afundado. No caso do processo de flotação reversa de minério de ferro, a hematita é a partícula hidrofílica de interesse.

[0037] Preferencialmente, o meio agitador 30 é composto por uma haste giratória e um impelidor. Industrialmente, o sistema de agitação, autoaerado ou de aeração forçada, pode ser configurado por um rotor/estator com impelidor.

[0038] Na segunda concretização da presente invenção, uma vez que o objetivo não é colapsar as bolhas, mas sim drenar o filme líquido entre elas, a aplicação do ultrassom é realizada de forma mais controlada quando comparado com a primeira concretização.

[0039] A figura 5 mostra os resultados da relação entre a variável “ganho” de potência fornecida ao transdutor de ultrassom 10 e as taxas de recuperação de Fe e S1O2 no rejeito de acordo com a segunda concretização da presente invenção. Nessa concretização, observa-se um aumento da recuperação metalúrgica global em 2,5% comparado ao processo de flotação sem uso de ultrassom. O aumento da recuperação de ferro é ainda mais expressivo para a fração fina (< 44 pm), que atinge 15%.

[0040] Portanto, conforme exposto acima, a presente invenção provê um processo de beneficiamento de minério com aplicação de um sistema de ultrassom na espuma da flotação ou dos rejeitos, capaz de drenar parcialmente 0 filme líquido existente entre as bolhas de ar, promovendo aumento da recuperação do mineral de interesse. Adicionalmente, o sistema e processo acima descritos podem ser utilizados para suprimir espumas trifásicas persistentes, melhorando a eficiência dos processos envolvidos na gestão hídrica e de rejeitos. Assim, ao prover um processo e um sistema onde não há imersão do transdutor de ultrassom na polpa de minério, a presente invenção evita os problemas do estado da técnica atual ao mesmo tempo que atinge resultados de recuperação metalúrgica na flotação e supressão de espumas trifásicas residuais surpreendentes.

[0041] Inúmeras variações incidindo no escopo de proteção do presente pedido são permitidas. Dessa forma, reforça-se o fato de que a presente invenção não está limitada às configurações/concretizações particulares acima descritas.