Malha de moagem e tamanho de grão: por que o grão define a moagem

O que você vai aprender neste guia

A malha de moagem é definida pelo tamanho de grão do mineral útil, porque a fratura só libera o mineral quando as partículas moídas chegam a um tamanho igual ou menor que o dos seus grãos; essa é a condição para o grau de liberação. Este guia explica a relação entre tamanho de grão e tamanho de partícula, mostra como a liberação muda em minérios reais, inclusive nos itabiritos do Quadrilátero Ferrífero, e traz um método passo a passo para definir a malha e o circuito. Ele foi escrito para engenheiros de processo e donos de usina que precisam fixar o P80 a partir do minério antes de comparar os tipos de moinho para mineração.

Tamanho de grão e tamanho de partícula são medidas diferentes

Dois tamanhos costumam ser confundidos. O tamanho de grão (ou granulação do mineral) é o tamanho dos cristais dentro da rocha, como se formaram na jazida. O tamanho de partícula é o tamanho dos fragmentos que saem do britador ou do moinho, informado como P80 ou como porcentagem passante em uma malha. A cominuição muda o tamanho de partícula, mas não muda o tamanho de grão. Por isso a malha de moagem é encontrada reduzindo o tamanho de partícula até que ele se aproxime o suficiente do tamanho de grão.

A figura mostra um minério simulado moído em três tamanhos. Na maioria dos moinhos, as trincas atravessam a rocha sem seguir os contornos de grão. Enquanto as partículas forem maiores que os grãos, quase toda partícula com mineral útil também carrega ganga. Quando as partículas têm o tamanho do grão, muitas ainda são mistas, porque uma trinca raramente cai exatamente no contorno. Só quando as partículas ficam claramente menores que os grãos a maior parte do mineral fica livre. Na simulação, a fração do mineral em partículas livres passou de 0% para 6% e depois para 58%, quando o tamanho de partícula caiu de cerca de três vezes para um terço do tamanho de grão.

O modelo clássico de liberação por redução de tamanho descreve o mesmo comportamento: a liberação depende do tamanho de grão efetivo, do tamanho de partícula e do teor do mineral. Um teor baixo agrava o problema, porque cada grão fica envolvido por mais ganga. Por isso minérios de dureza parecida podem exigir moagens muito diferentes, como se vê em britagem vs moagem.

O que os dados mostram: a liberação salta perto do tamanho de grão

Dados de liberação por faixa granulométrica mostram uma mudança brusca quando as partículas chegam à faixa do tamanho de grão. A tabela traz a liberação da calcopirita em cada fração da alimentação da flotação de um minério de cobre pórfiro de baixo teor, com as malhas Tyler equivalentes, conforme os termos de granulometria.

Fonte: Markovic, Jankovic e Tomanec (2008), em Referências e fontes.

Entre 104 e 208 µm a liberação muda pouco. Depois sobe de cerca de 42% para 74% e então para 89% nas duas frações seguintes. Esse salto indica a faixa em que as partículas cruzam o tamanho de grão típico da calcopirita nesse minério. Abaixo de cerca de 74 µm, moer mais fino acrescenta só alguns pontos de liberação, mas custa mais energia e gera mais lama. Para esse minério, os dados apontam uma malha de moagem perto de 75 µm. Uma moagem a 150 µm deixaria a maior parte da calcopirita em partículas mistas, qualquer que fosse o moinho. Esse é o princípio que orienta a seleção de moinhos para flotação, tratado em seleção de moinho de bolas para circuitos de flotação de ouro.

Itabiritos: o mesmo minério de ferro, malhas de moagem muito diferentes

Os itabiritos do Quadrilátero Ferrífero mostram bem como o tamanho de grão, e não só o teor ou a dureza, define a malha de moagem. Três conjuntos de dados de minérios de Minas Gerais ilustram o ponto, e a página de moinho de bolas resume onde esses equipamentos entram no processo:

• Compacto vs friável: em ensaios com QEMSCAN, o quartzo de um itabirito friável ficou suficientemente liberado com P95 de 0,210 mm, enquanto um itabirito compacto, com cristais menores e menor porosidade, precisou de P95 de 0,045 mm: uma moagem quase cinco vezes mais fina.
• Metamorfismo e deformação: em formações ferríferas com metamorfismo e deformação mais intensos, o grau de liberação satisfatório tende a ser atingido em malhas mais grossas. Uma mesma jazida pode, portanto, exigir malhas diferentes de uma zona para outra.
• O grão do quartzo comanda: em tipologias de minério de ferro de Conceição do Mato Dentro, o tamanho de grão, principalmente do quartzo, foi o principal fator da competência à moagem, e o tamanho de grão e o arranjo dos minerais determinaram a liberação. Após a quebra, os fragmentos tenderam a ficar perto do tamanho de grão e praticamente liberados.

Na prática, isso significa que a malha de moagem de um projeto de itabirito deve ser definida por tipologia, com mineralogia e ensaios em cada uma. Uma malha única para toda a jazida tende a sobremoer o itabirito friável ou a deixar quartzo preso no compacto, o que prejudica a flotação catiônica reversa. Para o papel da separação magnética nesses circuitos, veja o separador magnético.

Por que a dureza não define a malha de moagem

A dureza e a moabilidade definem quanta energia uma moagem custa; o tamanho de grão define qual moagem é necessária. A equação de Bond, ferramenta padrão no dimensionamento de moinho de bolas, separa os dois efeitos:

W = 10 × Wi × (1/√P80 − 1/√F80), em que W é a energia específica (kWh/t), Wi é o índice de trabalho de Bond (kWh/t), e P80 e F80 são os tamanhos do produto e da alimentação em micrômetros.

O índice de trabalho é uma propriedade da rocha. O P80 é uma decisão, e quem deve tomá-la é a mineralogia. Para um minério ilustrativo com Wi = 14 kWh/t e F80 = 2.000 µm, a energia varia assim:

Cálculo ilustrativo com a equação de Bond, não são dados medidos.

Daí saem duas consequências práticas. Um minério duro de grão grosso pode ser moído grosso, e um minério macio de grão fino pode exigir moagem fina. E, como a energia sobe rápido quando o P80 cai, moer mais fino do que o grão exige desperdiça potência em cada hora de operação. Moer grosso demais perde metal; moer demais perde dinheiro e gera lama. A carga de bolas para a malha escolhida é tratada no projeto de granulometria das bolas de aço.

Tipos de disseminação e a estratégia de moagem de cada um

O tamanho de grão e sua dispersão definem a forma do circuito de moagem, não só o P80 final. As faixas da tabela são indicativas, apenas para discussão; não são uma classificação normalizada, e muitos minérios ficam entre duas classes.

Faixas indicativas para discussão; confirmar com mineralogia e ensaios do minério real.

A disseminação irregular é comum e é a principal razão da moagem em estágios. Uma primeira moagem grossa libera os grãos grossos e boa parte da ganga, que são separados logo em seguida por gravidade, separação magnética ou flotação. Só as partículas mistas, uma massa bem menor, seguem para uma remoagem mais fina. As usinas de minério de ferro aplicam a mesma ideia: retiram do circuito as partículas de ferro liberadas e a ganga estéril assim que se formam, e devolvem ao moinho só as partículas maiores. Esse arranjo depende de uma boa classificação, descrita em tipos de classificadores.

Textura: quando o tamanho de grão não basta

O tamanho de grão é o primeiro número, mas a textura (como os grãos estão arranjados e unidos) decide o quanto ele prevê o grau de liberação. Para minérios binários usam-se quatro tipos básicos de intercrescimento:

• Simples: os grãos se tocam em contornos lisos, sem ramificações. A liberação acompanha de perto o tamanho de grão.
• Revestimento (borda): um mineral forma uma borda fina ao redor de outro. A borda é difícil de liberar e costuma ficar presa à partícula.
• Emulsão (inclusões): muitos grãos pequenos estão dispersos em outro mineral. São muito mais finos que o grão principal e continuam inclusos após uma moagem normal.
• Stockwork (vênulas): o mineral forma vênulas ramificadas. A fratura costuma segui-las, então parte se libera grossa e parte fica inclusa.

Os contornos de grão também contam. Se forem fracos, as trincas os seguem e o mineral se solta limpo em um tamanho perto do seu grão, ou até mais grosso. Quando a textura é complexa, reduzir o tamanho nem sempre aumenta a liberação, e a superfície exposta do grão pode importar mais que sua liberação total, como na flotação e na lixiviação. O comportamento de cada rocha na quebra é descrito em tipos de rochas.

Como definir a malha de moagem pelo tamanho de grão: método prático

Uma malha de moagem bem fundamentada sai de uma sequência curta de ensaios, feitos com amostras de cada tipologia do plano de lavra. As etapas levam da mineralogia ao P80 ou à porcentagem passante na malha de controle, e depois ao moinho.

1. Medir o tamanho de grão em testemunhos. Com microscopia óptica ou mineralogia automatizada (MLA, QEMSCAN), obter a distribuição de tamanho de grão do mineral útil e suas associações. Registrar o tipo de textura.
2. Moer em três ou quatro níveis. Moer amostras de bancada em vários P80 que cubram o tamanho de grão, por exemplo de cerca de duas vezes a mediana do grão até cerca da metade.
3. Medir a liberação por faixa. Analisar cada fração de peneira e localizar a faixa em que a liberação sobe com força, como na tabela acima.
4. Fazer ensaios de concentração em cada moagem. Flotação, concentração gravítica ou separação magnética mostram o teor e a recuperação de cada nível. A liberação sozinha não prevê a recuperação.
5. Comparar valor e custo. Com a equação de Bond ou um ensaio de moagem, precificar a energia e as bolas de cada passo mais fino contra o metal adicional recuperado.
6. Verificar a variabilidade. Repetir para cada tipologia. Se o tamanho de grão variar muito, projetar moagem em estágios ou remoagem, em vez de moer fino todo o minério.

Depois, o moinho de bolas precisa entregar o P80 escolhido na vazão de projeto. O Moinho de Bolas MQ mói por impacto e por deslizamento e rolamento dos corpos moedores, que sobem junto ao revestimento e depois caem. Ele é oferecido nas versões a seco e a úmido, com carcaças de Ф900×1800 mm (18,5 kW) a Ф3600×4000 mm (800 kW), além de um modelo longo de Ф3000×11000 mm com 1250 kW, de modo que o moinho primário e um moinho menor de remoagem podem ser escolhidos na mesma linha. O risco de sobremoagem na descarga é comparado em moinho de bolas com grade vs transbordamento; os dados de cada modelo estão na página do Moinho de Bolas MQ.

Perguntas frequentes

Tamanho de grão é o mesmo que malha de liberação?

Não. O tamanho de grão descreve o mineral dentro da rocha. A malha de liberação é o tamanho de partícula em que se atinge o grau de liberação desejado. Com fratura aleatória, ela costuma ficar no tamanho de grão ou abaixo; se os contornos forem fracos, pode ser mais grossa. A diferença é explicada em grau de liberação mineral.

Dá para copiar a malha de moagem de outra usina com o mesmo minério?

Só como ponto de partida. Dois minérios de ferro, cobre ou ouro podem ter grãos e texturas muito diferentes, como mostram os itabiritos compacto e friável. Uma malha copiada pode deixar metal preso ou gastar energia com sobremoagem.

Por que não moer tudo bem fino por segurança?

A energia sobe rápido quando o P80 cai, a capacidade do moinho diminui e as partículas muito finas são recuperadas com mais dificuldade na flotação e na concentração gravítica. Moer mais fino que o grão quase sempre custa mais do que devolve.

Como minérios de grão grosso reduzem o custo de moagem?

Quando os grãos são grossos, boa parte da ganga pode ser descartada depois da britagem e do peneiramento, antes do moinho. Assim, menos massa chega à moagem. Essa opção é discutida em o que é peneiração.

Qual moinho de bolas atende um circuito em estágios?

Circuitos em estágios costumam combinar um moinho primário maior com um moinho de remoagem menor, ambos em circuito fechado com classificadores. Carcaças, potência e carga de bolas de cada modelo estão na página do Moinho de Bolas MQ.

Referências e fontes

As fontes abaixo sustentam os dados e princípios deste guia. Para o contexto de toda a cadeia de redução de tamanho, veja o que é cominuição.

1. França, J. R. O. (2019). Caracterização mineralógica e da fragmentação de tipologias de minério de ferro e sua liberação. Universidade Federal do Rio de Janeiro
2. Ferreira, R. F. et al. (2011). Relação entre o grau de metamorfismo e deformação e as características que influenciam na definição da malha de moagem de minérios de ferro. ABM Proceedings, 12º Seminário de Mineração
3. Ferreira, R. F. e Lima, R. M. F. (2014). Mineral liberation evolution after different degrees of comminution on itabirites. ABM Proceedings, 15º Seminário de Mineração
4. Markovic, Z. S., Jankovic, A. e Tomanec, R. (2008). Effect of particle size and liberation on flotation of a low grade porphyry copper ore. Journal of Mining and Metallurgy 44A(1), 24–30
5. U.S. EPA. AP-42, Chapter 11.23: Taconite Ore Processing
6. Pérez-Barnuevo, L., Pirard, E. e Castroviejo, R. (2012). Textural descriptors for multiphasic ore particles. Image Analysis & Stereology 31, 175–184

Leitura relacionada: o que é flotação.