A britagem e a moagem são componentes críticos dos processos de beneficiamento de minério. A moagem, uma etapa chave do pré-tratamento, visa alcançar a liberação suficiente ou substancial de componentes valiosos nos minérios para facilitar a separação subsequente. Nos processos de flotação, os indicadores de beneficiamento (por exemplo, grau de concentrado e taxa de recuperação) dependem em grande parte da finura de moagem e da liberação de monômeros. A aspereza excessiva impede que os minerais-alvo alcancem a liberação, enquanto a moagem excessiva leva à formação de lodo, deteriorando a eficiência da separação e aumentando o consumo de energia. Portanto, controlar efetivamente a finura da moagem é essencial para otimizar o desempenho do beneficiamento e os resultados econômicos.

Sob o aprofundamento da estratégia de "Carbono Duplo", a conservação de energia e a redução de emissões tornaram-se vitais para o desenvolvimento sustentável nas indústrias de mineração. A moagem é responsável por aproximadamente 50% do consumo de energia nas plantas de beneficiamento, tornando-se um alvo principal para reduzir custos e pegadas de carbono. Estudos recentes indicam que a substituição de esferas de aço em moinhos por esferas de cerâmica pode reduzir significativamente o consumo de meios de moagem e o uso de energia.

Para atender às demandas urgentes de redução de custos e eficiência energética, uma fábrica de escória conversora em Daye Noranda explorou soluções inovadoras. Este estudo investiga a substituição de esferas de aço por esferas cerâmicas em moinhos verticais, avaliando os impactos na eficiência de moagem, subsequente eficiência de separação, consumo de reagentes e uso de energia, fornecendo assim informações para práticas de economia de energia.

1. Seção Experimental

1.1 Características da amostra

A amostra foi constituída por escória conversora de Daye Noranda. Amostras de blocos representativas foram polidas e analisadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) para determinar a composição e disseminação mineral (Figura 1). As amostras restantes foram trituradas, peneiradas a 2 mm, homogeneizadas e submetidas à análise química multielementar (Tabela 1).

A Figura 1 revela que o cobre metálico e os sulfetos de cobre são os principais minerais contendo cobre, com pequenas quantidades de outros minerais de cobre. Os minerais de ganga incluem magnetita, faialita, matriz de vidro e pequenas quantidades de ferrita de cálcio e quartzo. O cobre metálico e a calcocita estão embutidos na faialita. A Tabela 1 mostra cobre, chumbo e zinco como componentes valiosos. No entanto, apenas a recuperação de cobre foi considerada em experimentos subsequentes.

1.2 Procedimento Experimental

Os testes de moagem em laboratório foram realizados usando um moinho de bolas cônico de 240×90 mm. Cada teste utilizou 1 kg de amostra, dividido em 6 grupos com três tentativas paralelas por grupo (18 tentativas no total). Os parâmetros de moagem incluíram 80% de densidade de polpa, 15 min para moagem primária e 20 min para moagem secundária. As esferas de cerâmica substituíram as esferas de aço por igual volume. Os produtos de moagem foram analisados quanto aos teores de -0,074 mm e -0,045 mm.

Os testes industriais envolveram a substituição de uma parte das esferas de aço por esferas de cerâmica em um moinho vertical (modelo CSM-300, massa total da esfera: 42 t). Os ensaios foram divididos em três fases:

• Fase 1 (5 a 29 de abril): Linha de base com 100% de esferas de aço.

• Fase 2 (11 a 28 de maio): 14% das esferas de aço substituídas por esferas de cerâmica.

• Fase 3 (10 a 28 de junho): 38% das esferas de aço substituídas por esferas de cerâmica.

O consumo diário de energia, o uso de reagentes e os teores de concentrado/rejeitos de cobre foram monitorados.

2. Resultados e Discussão

2.1 Análise de Liberação de Minerais de Cobre

A análise de liberação (Tabela 2) mostra que o cobre metálico e os sulfetos de cobre exibem distribuição de tamanho de partícula desigual, com partículas finas de cobre embutidas na matriz de vidro. Para atingir 75% de liberação, a finura de moagem deve atingir -0,045 mm 90%, com 88,84% compreendendo partículas livres e compósitos bloqueados. A experiência industrial indica que a moagem secundária deve atingir -0,045 mm ≥90% para minimizar as perdas de cobre nos rejeitos.

2.2 Efeito da proporção da esfera de cerâmica na finura de moagem

Testes de laboratório (Figuras 2–3) demonstram que o aumento das proporções de esferas cerâmicas reduz o conteúdo de partículas de -0,074 mm e -0,045 mm. Abaixo de 40% de substituição, o impacto na finura é insignificante. As esferas cerâmicas, por serem mais leves, geram forças de impacto mais fracas em comparação com as esferas de aço, reduzindo a eficiência de retificação em taxas de substituição mais altas.

A substituição completa por esferas de cerâmica (Figura 4) mostra que a redução da massa de alimentação para 80% do original (800 g vs. 1000 g para esferas de aço) atinge uma eficiência de moagem comparável.

2.3 Desempenho do teste industrial

Durante o experimento industrial, amostras da descarga vertical do moinho após a classificação do hidrociclone foram coletadas para testes de triagem, com seis amostras por estágio. A ocupação de partículas de -0,045 mm foi medida e os resultados estão na Figura 5.

Na primeira etapa com todas as esferas de aço, o teor de -0,045 mm em cada amostra foi de 90,90%. Na segunda e terceira etapas, quando 14% das esferas de aço foram substituídas por esferas cerâmicas, o teor de -0,045 mm foi de 91,39% e 90,74%, respectivamente. A finura de moagem mudou pouco nas três etapas, indicando que a substituição de algumas esferas de aço por esferas de cerâmica no moinho vertical tem pouco impacto na finura de moagem da escória do conversor na produção industrial.

• Finura de moagem:

• Consumo de reagentes (Figura 6): O uso de xantato e óleo de pinho permaneceu estável em todas as fases.

• Teor de concentrado de cobre/rejeitos (Figura 7): Teor de concentrado: 29,25%, 29,99%, 29,80%. Graus de rejeitos: 0,187%, 0,193%, 0,188%. Nenhuma variação significativa observada.

• Consumo de energia (Figura 8): Consumo diário de energia:

3. Conclusões

1. Testes de laboratório mostram que a eficiência de moagem diminui com taxas de esferas cerâmicas mais altas. No entanto, as substituições ≤40% têm impacto mínimo. A substituição completa da cerâmica requer 80% de massa de alimentação para corresponder ao desempenho da esfera de aço.

2. Testes industriais confirmam que a substituição de cerâmica de 14 a 38% não afeta a finura de moagem, o uso de reagentes ou os graus de cobre, mas reduz o consumo de energia para 89,90% e 79,60% dos níveis basais, respectivamente.

3. Este estudo fornece insights acionáveis para reduzir o consumo de energia em usinas de beneficiamento sob as "Metas de Carbono Duplo".