Impacto das bolas de alumina na moagem e flotação do concentrado bruto de cobre

1. Introdução

No complexo domínio do processamento de minério de cobre, os estágios de moagem e flotação desempenham papéis fundamentais na determinação da eficiência geral e lucratividade da operação. A escolha tradicional de meios de moagem, como esferas de aço, tem sido a norma. No entanto, com a crescente demanda por maior eficiência, custos mais baixos e práticas mais sustentáveis na indústria de mineração, meios de moagem alternativos estão sendo explorados. As bolas de alumina, com suas propriedades únicas, surgiram como um potencial divisor de águas. Este estudo abrangente investiga profundamente o impacto do uso de esferas de alumina em vez de esferas de aço para remoagem de concentrado bruto de cobre, analisando vários aspectos, desde a eficiência de moagem e taxa de desgaste até o consumo de energia e desempenho de flotação.

2. Aumentando a eficiência de moagem com bolas de alumina

2.1 Experimentos de taxa de enchimento

O uso de esferas de alumina para remoagem de concentrado bruto de cobre foi meticulosamente avaliado sob diferentes taxas de enchimento: 20%, 25%, 30%, 33% e 35%. Essas taxas foram escolhidas para entender de forma abrangente como a proporção de meios de moagem no moinho afeta o processo de moagem. Os resultados foram notáveis. Quando a taxa de enchimento atingiu 35%, proporcionou a maior eficiência de moagem. Nesse ritmo, surpreendentes 95,32% das partículas tinham ≤76 μm e 71,36% tinham ≤38,5 μm. Comparando esses números com os obtidos com esferas de aço, ficou claro que as bolas de alumina a uma taxa de enchimento de 35% marcaram melhorias significativas. Houve um aumento de 3,63% na proporção de partículas ≤76μm e um aumento de 7,45% na proporção de partículas ≤38,5μm. Isso indica que as bolas de alumina, quando preenchidas de maneira ideal, podem obter um produto de granulação mais fina, o que é crucial para os processos de flotação subsequentes.

2.2 Vantagens de desgaste e consumo de energia

Além da distribuição aprimorada do tamanho das partículas, as bolas de alumina demonstraram outras vantagens notáveis. Seu desgaste diminuiu impressionantes 82,14% em comparação com as esferas de aço. Essa redução no desgaste é de grande importância, pois impacta diretamente nos custos operacionais. As esferas de aço, devido à sua corrosão mecânica e eletroquímica durante o processo de retificação úmida, tendem a se degradar com o tempo. Essa degradação não afeta apenas sua eficiência de moagem, mas também requer substituições frequentes. Com bolas de alumina, a necessidade de substituições tão frequentes é drasticamente reduzida.
Além disso, o consumo de energia foi reduzido em 56,70% ao usar bolas de alumina. Em um setor onde os custos de energia podem ser uma parte substancial das despesas gerais, essa redução é um grande benefício. O menor consumo de energia não apenas leva à economia de custos, mas também se alinha com a crescente ênfase global em práticas de mineração sustentáveis. Assim, as esferas de alumina provam ser uma alternativa altamente eficiente e econômica às esferas de aço na moagem de concentrado bruto de cobre.

3. Desafios na remoagem de concentrado bruto de cobre

3.1 Esfera de aço - Questões relacionadas

Os métodos tradicionais de moagem úmida que dependem de esferas de aço enfrentam inúmeros desafios. As forças mecânicas em jogo durante a retificação, combinadas com a corrosão eletroquímica no ambiente úmido, causam desgaste significativo nas esferas de aço. Com o passar do tempo, o desgaste contínuo leva a uma degradação na forma e no tamanho das esferas de aço. Isso, por sua vez, tem um efeito prejudicial na eficiência da moagem. As esferas de aço de formato irregular e desgastadas não são mais capazes de moer o concentrado bruto de cobre com a mesma eficácia de quando eram novas.
Para manter um certo nível de eficiência de moagem, as esferas de aço precisam ser substituídas com frequência. Essa substituição frequente não envolve apenas o custo de compra de novas bolas, mas também a mão de obra e o tempo necessários para o processo de substituição. Além disso, o tempo de inatividade durante o período de substituição interrompe ainda mais o fluxo de produção, levando a um aumento geral dos custos operacionais.

3.2 A promessa das bolas de alumina

Para enfrentar esses desafios e melhorar a eficiência da moagem e reduzir custos, meios de moagem alternativos, como esferas de cerâmica de alumina, têm sido objeto de extenso estudo. As bolas de alumina são conhecidas por sua alta resistência, dureza, resistência ao desgaste e estabilidade química. Essas propriedades os tornam altamente adequados para várias indústrias. Na indústria cerâmica, sua natureza resistente ao desgaste garante um desempenho duradouro na retificação de materiais cerâmicos. Na indústria do vidro, eles podem moer com eficiência matérias-primas de vidro sem contaminar o produto devido à sua estabilidade química. Na indústria química, eles podem suportar ambientes químicos agressivos durante os processos de moagem.
No setor de mineração, a adoção de bolas de alumina está aumentando gradualmente. Sua durabilidade e desempenho superior oferecem uma solução viável para os problemas associados às esferas de aço. Este estudo se concentra especificamente em como as bolas de alumina a 95% podem melhorar a eficiência de moagem e o desempenho de flotação na remoagem de concentrado bruto de cobre, fornecendo uma alternativa sustentável e econômica para a indústria de mineração.

4. Remoagem - Processo de Flotação para Concentrado Bruto de Cobre

4.1 O processo da planta de processamento da mina de cobre Dexing Sizhou (Fase II)

A Usina de Processamento da Mina de Cobre Dexing Sizhou (Fase II) é uma operação de grande escala que processa 20.000 toneladas de minério por dia. O processo de reafiação aqui é uma operação de várias etapas e altamente coordenada.
O concentrado bruto do primeiro estágio passa por pré-classificação. Esta etapa inicial é crucial, pois separa as partículas grossas e finas no concentrado bruto. O underflow, que consiste nas partículas mais grossas, é então direcionado para o moinho de bolas para remoagem. O moinho de bolas é onde ocorre a redução real do tamanho das partículas. A descarga do processo de remoagem, juntamente com os concentrados de dois estágios de limpeza, entra na classificação de inspeção. Este estágio refina ainda mais a distribuição do tamanho das partículas, garantindo que apenas as partículas de tamanho ideal avancem no processo. O transbordamento da classificação de inspeção se funde com o estouro de pré-classificação antes de avançar para o estágio de separação de cobre - enxofre. Essa separação de cobre e enxofre é uma etapa crítica na obtenção do concentrado final de cobre.
Este processo de várias etapas é projetado para garantir a distribuição ideal do tamanho das partículas para flotação subsequente e recuperação de metal. Cada etapa é cuidadosamente orquestrada para maximizar a eficiência do processo geral e a qualidade do concentrado de cobre final.

5. Configuração experimental

5.1 Desempenho do meio de moagem de esferas de aço

As esferas de moagem de aço, com sua alta densidade, possuem certas características que afetam o processo de retificação. Sua densidade aumenta a carga do moinho, o que inicialmente pode parecer benéfico para a moagem. No entanto, com o tempo, eles experimentam desgaste e deformação significativos. Os dados do estudo mostram que a taxa média de desgaste das esferas de aço é de 28g/t.
No teste de moagem de esferas de aço, foram utilizadas esferas de 35mm a uma taxa de enchimento de 35%. Os resultados deste teste foram os seguintes: No estouro pré-classificação, 95,06% das partículas estavam ≤76μm e 75,95% estavam ≤38,5μm. Na classificação de inspeção overflow, 85,43% das partículas estavam ≤76μm e 52,44% estavam ≤38,5μm. O transbordamento total teve 91,69% de partículas ≤76μm e 63,91% ≤38,5μm. A eficiência de moagem foi medida em 0,887 t/(mm°·h).
As esferas de aço, devido à sua alta densidade, tendem a moer demais os materiais. Essa retificação excessiva leva à geração de partículas finas excessivas. Essas partículas finas excessivas podem ter um impacto negativo no desempenho da flotação. Além disso, a corrosão dos meios de moagem de aço resulta na liberação de íons de ferro. Esses íons de ferro podem alterar a química da pasta, o que, por sua vez, reduz a eficiência da flotação.

5.2 Teste de moagem de bola de alumina

Para o teste de moagem de esferas de alumina, foram utilizadas esferas de moagem de alumina de tamanhos de 15 mm, 25 mm e 35 mm com uma taxa de carga inicial de 3:4:3. Uma vez determinada a taxa de enchimento ideal, apenas bolas de alumina de 35 mm foram reabastecidas. As condições de teste para esferas de moagem de aço e alumina foram mantidas idênticas para garantir uma comparação precisa e justa.
As esferas de alumina, com sua menor densidade e maior resistência ao desgaste, criam um ambiente de moagem único. Sua densidade mais baixa significa que eles não retificam demais os materiais tanto quanto as esferas de aço, reduzindo a geração de partículas finas desnecessárias. Sua alta resistência ao desgaste garante que eles mantenham sua forma e tamanho por um período mais longo, proporcionando um desempenho de retificação mais consistente. Essa combinação de propriedades ajuda a garantir condições ideais de remoagem para o concentrado bruto de cobre.

6. Principais conclusões

6.1 Efeito da taxa de enchimento na eficiência de moagem

O estudo testou taxas de enchimento de esferas de alumina de 20%, 25%, 30%, 33% e 35%, mantendo as esferas de aço em uma taxa de enchimento de 35% para comparação. Os resultados demonstraram claramente o impacto da taxa de enchimento na eficiência da moagem.
A uma taxa de enchimento de 20%, o desempenho das esferas de alumina foi ligeiramente inferior ao das esferas de aço. À medida que a taxa de enchimento aumentou, mas permaneceu abaixo de 35%, o teor de partículas finas no transbordamento das esferas de alumina foi menor do que o das esferas de aço. No entanto, quando a taxa de enchimento atingiu 35%, a finura de transbordamento das esferas de alumina foi superior à das esferas de aço. Com 95,32% das partículas ≤76μm e 71,36% ≤38,5μm, as bolas de alumina nesta taxa de enchimento alcançaram um produto de granulação mais fina.
Esses achados sugerem uma correlação positiva entre o aumento das taxas de enchimento de bolas de alumina e o aumento da eficiência de moagem. Além disso, a estabilidade química das bolas de alumina desempenha um papel crucial. Evita a liberação de íons metálicos indesejados, o que ajuda a manter um ambiente de lama mais estável para o processo de flotação subsequente. Um ambiente de lama estável é essencial para uma flotação eficiente, pois permite que os reagentes de flotação interajam de forma mais eficaz com as partículas de cobre.

6.2 Taxa de desgaste da esfera de moagem de alumina

Um teste de rastreamento de meio mês foi realizado para determinar a taxa de desgaste das bolas de alumina. Os resultados foram surpreendentes. A taxa média de desgaste das esferas de alumina foi de 4,7 g/t, o que é significativamente menor do que a taxa de desgaste de 28 g/t das esferas de aço. Isso representa uma redução de 83,21% no desgaste.
Essa redução substancial no desgaste tem várias implicações. Em primeiro lugar, leva a uma economia significativa de custos. Com uma taxa de desgaste mais baixa, o consumo de meios de moagem é reduzido, o que significa que menos dinheiro precisa ser gasto na compra de novas esferas. Em segundo lugar, a menor taxa de desgaste minimiza o tempo de inatividade necessário para o reabastecimento da esfera. Em uma operação de mineração contínua, minimizar o tempo de inatividade é crucial para manter a alta produtividade. Assim, a menor taxa de desgaste das esferas de alumina não apenas reduz os custos, mas também melhora a eficiência geral do processo.

6.3 Consumo de energia das bolas de moagem de alumina

O consumo de energia do processo de moagem é uma grande preocupação na indústria de mineração. O estudo comparou o consumo de energia do moinho de bolas de alumina e do moinho de bolas de aço. O moinho de bolas de alumina operou por 2738,7 horas e consumiu 190.734,48 kWh, com um consumo unitário de energia de 0,084 kWh/t. Em contraste, o moinho de bolas de aço operou por 2773,18 horas e consumiu 502.208,96 kWh, com um consumo unitário de energia de 0,194 kWh/t.
A mudança para bolas de alumina levou a uma redução de 56,70% no consumo de energia. Essa redução no consumo de energia não é apenas benéfica do ponto de vista da economia de custos, mas também do ponto de vista da sustentabilidade ambiental. Menor consumo de energia significa uma pegada de carbono reduzida, o que está de acordo com os esforços globais para tornar a indústria de mineração mais ecológica.

6.4 Impacto no desempenho da flotação

Um estudo de 20 dias foi realizado para comparar os indicadores de flotação antes e depois da mudança para bolas de alumina. Os resultados mostraram que a mudança teve um impacto mínimo no desempenho da flutuação. De fato, o grau final de concentrado de cobre e a taxa de recuperação de cobre foram ligeiramente melhorados em comparação com quando as esferas de aço foram usadas.
O melhor desempenho da flotação pode ser atribuído a vários fatores. As bolas de alumina produzem menos partículas ultrafinas durante a moagem. Às vezes, as partículas ultrafinas podem interferir no processo de flotação, causando aglomeração indesejada ou por serem muito pequenas para serem efetivamente capturadas pelas bolhas de flotação. Além disso, a estabilidade química das bolas de alumina ajuda a manter a química estável da pasta. Uma química de lama estável é essencial para o bom funcionamento dos reagentes de flotação, que são responsáveis por separar seletivamente as partículas de cobre da ganga.

7. Conclusão

Em conclusão, as esferas de alumina provaram ser um substituto eficaz para as esferas de aço na remoagem de concentrado bruto de cobre, oferecendo uma infinidade de vantagens significativas.
A uma taxa de enchimento de 35%, as esferas de alumina alcançaram resultados de moagem mais finos em comparação com as esferas de aço. Com 95,32% das partículas ≤76μm e 71,36% ≤38,5μm, elas superaram as esferas de aço em termos de distribuição de tamanho de partícula, o que é crucial para uma flotação eficiente.
A taxa de desgaste dos meios de moagem das esferas de alumina caiu 83,21% em comparação com as esferas de aço. Essa redução no desgaste não apenas diminui os custos operacionais, mas também aumenta a longevidade dos meios de moagem, reduzindo a frequência de substituições e minimizando o tempo de inatividade.
O consumo de energia foi reduzido em 56,70% com o uso de bolas de alumina. Essa redução no uso de energia contribui tanto para a eficiência de custos quanto para a sustentabilidade ambiental, tornando a operação de mineração mais economicamente viável e ecologicamente correta.
Apesar das mudanças significativas nos meios de moagem, o desempenho da flotação permaneceu estável, com pequenas melhorias no teor final do concentrado de cobre e na taxa de recuperação. Isso indica que a mudança para bolas de alumina não afeta negativamente o processo geral de recuperação de cobre.
Em resumo, a adoção de esferas de moagem de alumina no processamento de concentrado de cobre oferece eficiência de moagem superior, custos operacionais mais baixos e maior sustentabilidade. Seu uso em operações de mineração representa um passo significativo na obtenção de soluções de processamento mineral eficientes, econômicas e ecologicamente corretas. À medida que a indústria de mineração continua buscando maneiras de melhorar seus processos e reduzir seu impacto ambiental, as bolas de alumina provavelmente desempenharão um papel cada vez mais importante no futuro.