Nova rota para o beneficiamento do minério fósforo-uranífero de Santa Quitéria (CE) por flotação utilizando gás carbônico

Abstract

Apesar do aumento da produção de rocha fosfática registrado em 2018, a produção brasileira de fertilizantes ainda é insuficiente para atender a demanda e há necessidade de se recorrer à importação para suprir o mercado interno. Para aumentar a produção de rocha fosfática e melhorar o aproveitamento deste recurso mineral é fundamental o desenvolvimento de pesquisa visando melhorar a eficiência dos circuitos de beneficiamento de fosfato, principalmente para minérios com ganga carbonatada (calcita/dolomita), que apresentam dificuldades na separação por flotação devido à semelhança das suas propriedades químicas de superfície. Neste contexto, o minério utilizado neste trabalho foi proveniente do depósito fósforo-uranífero de Santa Quitéria (CE), composto por 39% de ganga carbonatada (calcita). O beneficiamento proposto pelo Centro de Desenvolvimento da Tecnologia Nuclear (CDTN) para o minério de Santa Quitéria consiste nas operações unitárias de britagem, moagem, deslamagem (retirada da lama gerada + natural) seguida da flotação. A etapa de flotação envolve a flotação bulk da calcita e da apatita seguida da flotação da apatita, com configuração reversa, utilizando-se ácidos inorgânicos (H2PO4 e H2SO4) como depressores da apatita. Apesar desse conceito ser eficiente sob o ponto de vista de separação por flotação entre a apatita e a calcita, o uso intensivo de ácidos inorgânicos (> 15 kg/t) causa acúmulo de íons na água de processo, em especial íons Ca2+, resultando em problemas na etapa de flotação e também ambientais. Visando a aumentar a eficiência do circuito de beneficiamento, foi proposta uma rota alternativa que constitui na retirada apenas da lama natural, sem a retirada da lama gerada na etapa de moagem, seguida de estudos de separação entre apatita e calcita por flotação, em escala de bancada e piloto, com a injeção de CO2 associada ao uso do ácido graxo de coco saponificado como coletor. Nos estudos de flotação, também foi avaliado o efeito da concentração de íons Ca2+ na água de processo sobre o desempenho (teor e perda de P2O5) na etapa de flotação da calcita. A rota alternativa proposta neste trabalho, considerando apenas a retirada da lama natural, proporcionou ganhos relevantes na recuperação de P2O5, atingindo valores finais da ordem de 97%. Nos estudos de flotação da calcita utilizando CO2, considerando o desempenho global obtido (fluxo de grossos + finos), a recuperação de P2O5 foi de aproximadamente 87% e o teor de P2O5, SiO2 e Al2O3 foi de 28,6%, 10,4% e 1,7%, respectivamente. Nos estudos de avaliação do efeito da concentração de íons na etapa de flotação, os resultados indicaram que o aumento da concentração de íons Ca2+ de 6 para 253 ppm ocasionou uma pequena redução na seletividade do processo, visto que foi identificada uma tendência no aumento da perda de P2O5 (de 10,9 para 11,8%), evidenciada pelo aumento do teor de P2O5 na fração flotada (rica em calcita). Os resultados mostraram que a rota de beneficiamento proposta neste trabalho, retirada apenas da lama natural e flotação com o uso de gás carbônico, é uma alternativa potencial para a concentração do minério de Santa Quitéria e a de menor impacto sobre a qualidade da água de processo, comparado à rota que envolve a aplicação de ácidos inorgânicos (H2SO4 e H3PO4) como depressores de apatita.

Despite the increase in phosphate rock production registered in 2018, Brazilian fertilizer production is still insufficient to meet the demand and there is a need to import to supply the domestic market. In order to increase the production of phosphate rock and improve the use of this mineral resource, research is needed to optimize phosphate processing circuits, especially for carbonated gangue ores (calcite/dolomite), which show difficulties in flotation separation due to similarity of their surface chemical properties. In this context, the ore used in this work came from the uraniferous phosphate deposit of Santa Quitéria (CE), consisting of 39% of carbonated gangue (calcite). The flowsheet proposed by the Center for the Development of Nuclear Technology (CDTN) for Santa Quitéria ore consists of the unit operations of crushing, grinding, desliming (discharge of the grinding fines + natural fines) followed by flotation. The flotation process involves bulk flotation of calcite and apatite followed by reverse flotation, using inorganic acids as apatite depressants. Although this concept is efficient from the point of view of separation between apatite and calcite, the intensive use of inorganic acids (>15 kg/t) causes ions accumulation in the process water, especially Ca2+, which leads to problems in the flotation stage as well as to the environment. In order to optimize the beneficiation circuit, an alternative process circuit was proposed, which consists in the discharge of natural fines only, without the removal of the grinding fines, followed by studies of separation between apatite and calcite by flotation, in bench and pilot scale, using carbon dioxide injected into the bubble generation system with the use of saponified coconut fatty acid as a collector. In flotation studies, the effect of Ca2+ ion concentration in process water on performance (P2O5 content and its loss) in the calcite flotation stage was also evaluated. The alternative circuit proposed in this study, considering only the discharge of natural fines, provided significant gains in the recovery of P2O5, reaching final values of approximately 97%. In the calcite flotation studies using CO2, considering the overall performance obtained (“coarse” + “fine” fraction), the recovery of P2O5 was approximately 87% and the content of P2O5, SiO2 and Al2O3 was 28,6%, 10,4% and 1,7%, respectively. In studies evaluating the effect of ion concentration in the flotation process, they indicated that increasing Ca2+ ion concentration from 6 to 253 ppm caused a small reduction in process selectivity, as a tendency to increase P2O5 loss was identified (from 10.9 to 11.8%), evidenced by the increase of P2O5 content in the floated fraction (calcite). The results obtained in this study indicated that the process circuit proposed, discharging only natural fines and flotation process based on the injection of CO2 , is a potential alternative for Santa Quitéria ore that causes less impact in flotation performance for the phosphate concentration ores with carbonated gangue compared with the process circuit involving the application of inorganic acids (H2SO4 and H3PO4) as apatite depressants.