Na era moderna da mineração de ouro, a busca por maior eficiência, custos reduzidos e maior sustentabilidade ambiental levou a uma exploração contínua de tecnologias e materiais inovadores. O moinho agitado vertical em espiral, um robusto no campo da moagem fina dentro da metalurgia e engenharia química, tem sido associado ao uso de esferas de aço com alto teor de cromo como meio de moagem. No entanto, essa abordagem tradicional apresentou várias desvantagens significativas.
Verificou-se que a utilização de esferas de aço com alto teor de cromo em moinhos verticais agitados em espiral tem um impacto prejudicial no consumo de revestimentos em espiral. A natureza abrasiva das esferas de aço durante o processo de retificação leva ao desgaste acelerado dos revestimentos, necessitando de substituições mais frequentes. Isso não apenas incorre em custos diretos associados à compra e instalação de novos revestimentos, mas também resulta em tempo de inatividade para manutenção, reduzindo assim o rendimento geral da produção. Além disso, o desgaste das esferas de aço introduz uma quantidade significativa de ferro impuro no processo de mineração de ouro. As impurezas de ferro têm consequências de longo alcance, particularmente no estágio de lixiviação. A presença de ferro leva a um aumento do consumo de reagentes como cianeto de sódio e pó de zinco. O cianeto de sódio, um reagente crucial no processo de cianetação para extração de ouro, reage com as impurezas de ferro, formando complexos que não apenas reduzem sua eficácia na dissolução do ouro, mas também aumentam o consumo geral do reagente. Isso, por sua vez, aumenta os custos de produção e apresenta desafios ambientais devido à necessidade de descarte adequado dos resíduos gerados pelo aumento do uso de reagentes.
À luz desses desafios, a busca por um meio de moagem alternativo tornou-se uma prioridade na indústria de mineração de ouro. As bolas nanocerâmicas surgiram como uma solução promissora. Conhecidas por sua notável resistência a ácidos, álcalis e desgaste, as esferas nanocerâmicas encontraram ampla aplicação em equipamentos de moagem fina, como moinhos verticais agitados e IsaMills. Sua natureza inerte é uma vantagem significativa, pois seus detritos de desgaste não se dissolvem em cianeto de sódio. Essa característica é de extrema importância na mineração de ouro, onde a integridade do processo de lixiviação é crucial para maximizar a recuperação de ouro e minimizar o consumo de reagentes.
A Mina de Ouro Jinchiling serve como um estudo de caso exemplar na aplicação bem-sucedida de bolas nanocerâmicas. As esferas de cerâmica utilizadas neste contexto possuem uma densidade de aproximadamente 3,7 g/cm³ e uma dureza de Mohs de 9. Essas propriedades físicas contribuem para sua alta resistência ao desgaste, que é aproximadamente um quarto das esferas de cerâmica em geral e um décimo notável das esferas de aço. Em termos de custo-benefício, eles oferecem uma vantagem significativa, sendo comparáveis em desempenho às bolas de zircônia, mas com apenas um terço do custo. Além disso, sua resistência a altas temperaturas e ácidos e álcalis (com exceção do ácido fluorídrico) aumenta ainda mais sua adequação às duras condições da mineração de ouro. Consequentemente, a Jinchiling Gold Mine tomou a decisão estratégica de adotar esferas nanocerâmicas como meio de moagem fina, com o objetivo principal de reduzir o impacto do ferro impuro no processo de lixiviação. A composição química e as propriedades físicas dessas bolas nanocerâmicas, conforme detalhado na Tabela 3, fornecem uma compreensão abrangente de suas características materiais e seu potencial para revolucionar o processo de moagem.
Taxa de desgaste
Para avaliar quantitativamente a resistência ao desgaste das esferas nanocerâmicas em comparação com as esferas de aço com alto teor de cromo, um teste de taxa de desgaste meticulosamente projetado foi realizado em um moinho de bolas de laboratório XMQ-240×90. Massas e diâmetros iguais de ambos os tipos de bolas foram colocados no moinho, juntamente com 1.000 g de água e 50 g de cal. O processo de moagem foi realizado com duração total de 48 horas, com intervalos de 6 horas para análise intermitente. Após cada intervalo de moagem, as esferas foram resfriadas e pesadas para calcular a taxa de desgaste. A curva de taxa de desgaste específica, conforme ilustrado na Figura 2, revela uma tendência clara. Tanto as esferas nano-cerâmicas quanto as esferas de aço com alto teor de cromo exibiram um aumento na taxa de desgaste com a progressão do moinho de bolas.#39; s tempo de operação. No entanto, após 48 horas de retificação, a taxa de desgaste das esferas nanocerâmicas foi medida em apenas 0,14%, em contraste com a taxa de desgaste de 1,30% das esferas de aço com alto teor de cromo. Esses dados demonstram conclusivamente que, em laboratório, a taxa de desgaste das esferas nanocerâmicas é aproximadamente um décimo da das esferas de aço com alto teor de cromo. Essa redução significativa na taxa de desgaste não apenas implica uma vida útil mais longa para os meios de moagem, mas também tem implicações de longo alcance para reduzir os requisitos de manutenção e os custos associados.
Sistema de adição de bola
A implementação de esferas nanocerâmicas como meio de moagem no moinho vertical na Mina de Ouro Jinchiling envolveu uma consideração cuidadosa do sistema de adição de esferas. Inicialmente, foi introduzida uma carga inicial de 21 toneladas de bolas nanocerâmicas, sendo as bolas de tamanhos φ25 mm, φ20 mm e φ13 mm em uma proporção de massa de 8:8:5. Após 15 dias de testes industriais, uma análise da finura do produto revelou que a proporção de produtos abaixo de 38 μm era de aproximadamente 48%. Verificou-se que isso foi 6 pontos percentuais menor do que o alcançado com esferas de aço com alto teor de cromo. Por meio de uma série de cálculos e testes iterativos, a carga inicial ideal da bola foi determinada em 24 toneladas. A razão de massa das esferas foi ajustada para 10:9:5 para φ25 mm, φ20 mm e φ13 mm, respectivamente, e uma taxa de adição de bola de 2:1 foi estabelecida para φ25 mm e φ20 mm. Esses parâmetros refinados garantem que o processo de moagem seja otimizado, levando a uma melhor finura do produto e eficiência geral de moagem.
Concentração de moagem
A concentração de moagem é um fator crítico que exerce uma profunda influência na eficiência da moagem. À medida que a concentração de moagem aumenta, a viscosidade da pasta dentro do moinho também aumenta, enquanto a fluidez diminui concomitantemente. Isso leva a um tempo de moagem mais longo, pois o meio de moagem precisa superar o aumento da resistência. Além disso, concentrações de moagem mais altas resultam em maior flutuabilidade atuando no meio de moagem. Essa redução na densidade efetiva do meio leva a um efeito de moagem abaixo do ideal. Para entender de forma abrangente o impacto da concentração de moagem no desempenho de esferas nanocerâmicas e esferas de aço com alto teor de cromo, foi realizado um estudo comparativo. A Tabela 4 apresenta a produtividade do moinho (calculada em -400 mesh) de ambos os tipos de esferas sob diferentes concentrações de moagem e taxas de enchimento ótimas. Os dados indicam que a produtividade do moinho permanece relativamente estável em diferentes concentrações de moagem. No entanto, um fenômeno significativo foi observado quando a concentração de moagem ultrapassou 70% com bolas nanocerâmicas. A ocorrência de ejeção de bola foi observada, e experimentos posteriores revelaram que em uma concentração de moagem de 75%, a ejeção de bola tornou-se mais frequente e grave. Isso teve um impacto negativo na produção e na eficiência de classificação do ciclone. Com base nessas descobertas, a concentração ideal de moagem para esferas nanocerâmicas foi determinada em (66 ±2)%. Essa linha atinge um equilíbrio entre maximizar a eficiência da retificação e minimizar a ocorrência de problemas operacionais, como ejeção de esferas.
Taxa de enchimento
A eficiência do processo de moagem está intrinsecamente ligada ao meio de moagem, e uma taxa de enchimento adequada é um pré-requisito fundamental para aumentar a eficiência da moagem. Os moinhos verticais possuem a capacidade única de fornecer maior intensidade de potência por unidade de volume e massa, garantindo assim que os meios de moagem sejam dotados de energia suficiente para realizar a operação de moagem de forma eficaz. No contexto de moinhos verticais, a taxa de enchimento do meio é diretamente proporcional à corrente consumida pelo motor. Sob condições da mesma capacidade de processamento e concentração de moagem, a quantidade de mídia pode ser inferida monitorando o nível atual. Por meio de uma série de testes de campo, foi determinado que quando a corrente do motor principal é mantida na faixa de (13 ±2) A, a taxa de enchimento atinge um nível ideal de 50%. Nessa taxa de enchimento, o moinho atinge a melhor finura de descarga, garantindo que o produto moído atenda às especificações desejadas para as etapas de processamento subsequentes.
Aplicação e efeitos industriais
Consumo de cianeto de sódio
Para avaliar o impacto das esferas nanocerâmicas no consumo de cianeto de sódio no processo de cianetação, foram realizados testes abrangentes de lixiviação por cianeto. Os produtos de transbordamento obtidos da moagem com esferas de aço com alto teor de cromo e esferas nanocerâmicas foram submetidos à lixiviação sob uma concentração controlada de cianeto de sódio variando de 0,40% a 0,45% por um período de 36 horas. Os resultados, conforme apresentados nas Tabelas 5 e 6, fornecem informações valiosas. As bolas nanocerâmicas, devido à sua natureza quimicamente inerte e estável, exibem reação mínima com álcalis. Em contraste, o desgaste das esferas de aço com alto teor de cromo leva a um aumento das impurezas de ferro no produto. Essas impurezas de ferro interagem com o cianeto de sódio, resultando em maior consumo de NaCN e um aumento concomitante nas impurezas de ferro no lixiviado. Isso não afeta apenas a viabilidade econômica do processo, mas também apresenta desafios em termos de gerenciamento de resíduos e conformidade ambiental.
Desgaste da bola
As características de desgaste das esferas de aço com alto teor de cromo e das esferas nanocerâmicas diferem significativamente. As esferas de aço com alto teor de cromo, ao longo de seu uso, tendem a ficar fora de círculo. Essa deformação leva a uma redução em sua área de superfície específica, o que, por sua vez, prejudica a eficiência da retificação. A taxa geral de saída de rodada para esferas de aço com alto teor de cromo é de aproximadamente 20%, um número que requer o reabastecimento frequente de novas esferas. A condição fora de círculo das esferas de aço com alto teor de cromo, conforme ilustrado na Figura 3, ilustra claramente a extensão do problema. Em contraste, após 6 meses de operação, uma análise das bolas nanocerâmicas recuperadas do moinho vertical revelou que apenas um número insignificante de bolas havia ficado fora do círculo, com uma taxa fora do círculo próxima de zero. A análise de desgaste das esferas nanocerâmicas indicou que o desgaste em diferentes faixas de tamanho foi de aproximadamente 1 mm, com o desgaste máximo conforme mostrado na Figura 4. Essas descobertas destacam a resistência superior ao desgaste e a estabilidade dimensional das esferas nanocerâmicas, que se traduzem em requisitos de manutenção reduzidos e melhor desempenho geral de fresagem.
Outro caso de aplicação na mina de ouro de Xinyuan
Na mina de ouro de Xinyuan, uma transformação semelhante foi testemunhada após a adoção de bolas nanocerâmicas. No estágio inicial, a mina estava usando meios de moagem tradicionais e enfrentava problemas como alto consumo de reagentes e manutenção frequente do equipamento devido ao desgaste excessivo. Ao mudar para esferas nanocerâmicas, a taxa de desgaste dos meios de moagem foi drasticamente reduzida. A taxa de desgaste das esferas nanocerâmicas foi de cerca de 0,12% após um teste de moagem de 50 horas, enquanto os meios de moagem anteriores tiveram uma taxa de desgaste de cerca de 1,5%. Essa redução significativa no desgaste levou a uma diminuição na frequência de substituição de mídia e tempo de inatividade para manutenção.
No processo de lixiviação, o teor de ferro de impurezas no lixiviado diminuiu aproximadamente 45% em comparação com o uso do meio de moagem antigo. Essa redução na impureza de ferro se traduziu diretamente em uma redução de 12% no consumo de cianeto de sódio. Além disso, a eficiência de moagem melhorou, com a proporção de partículas finas no produto final aumentando cerca de 8 pontos percentuais. A taxa de enchimento do moinho foi otimizada para 48% ajustando a corrente do motor, e a concentração de moagem foi ajustada em 65% após uma série de testes, o que melhorou ainda mais o desempenho geral da moagem.
Conclusão
Em conclusão, a aplicação de bolas nanocerâmicas na mineração de ouro representa um avanço tecnológico significativo. Suas propriedades superiores de resistência ao desgaste e ácido-álcali, como evidenciado por uma taxa de desgaste substancialmente menor do que a das esferas de aço com alto teor de cromo, oferecem uma série de benefícios. Por meio de uma série de testes industriais, foram estabelecidos parâmetros operacionais ideais para seu uso em moinhos verticais, incluindo taxas de carga de esferas específicas, concentração de moagem, corrente operacional e taxa de enchimento. Em testes de lixiviação em pequena escala, as esferas nanocerâmicas demonstraram a capacidade de igualar a eficiência de lixiviação de ouro das esferas de aço com alto teor de cromo e, ao mesmo tempo, reduzir o ferro impuro no lixiviado em 43%. Essa redução no ferro impuro tem um efeito cascata, levando ao consumo minimizado de NaCN e CaO. No geral, a adoção de esferas nanocerâmicas como meio de moagem não apenas aumenta a eficiência da produção, mas também resulta em reduções substanciais nos custos operacionais. À medida que a indústria de mineração de ouro continua a evoluir, o uso de bolas nanocerâmicas provavelmente se tornará mais difundido, impulsionando melhorias adicionais na sustentabilidade e lucratividade dos processos de extração de ouro.
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