Análise de viabilidade econômica de secadores naturais na mineração de fosfato

Abstract

A produção nacional de fosfato é insuficiente para suprir a demanda nacional deste importante fertilizante. A Águia Fertilizantes, para suprir parte desta demanda, pretende explorar um novo depósito de rochas fosfáticas no Rio Grande do Sul, localizado no distrito de Três Estradas em Lavras do Sul. A mineração seria realizada em uma mina a céu aberto utilizando o conceito, nomeado pela empresa, de sustentabilidade 0-0-0, zero energia, zero água e zero carbono, para tanto pretende-se utilizar um secador solar. A revisão bibliográfica indicou uma escassez de exemplos de secadores solares na indústria de mineração, contrastando com numerosos estudos de caso na agricultura. Para avaliar a viabilidade econômica do secador solar na mineração, foram elaborados cenários que representam diferentes estações do ano. O Cenário 1 reflete os meses de verão, caracterizados por altas temperaturas, baixa umidade e alta irradiação. O Cenário 2 abrange os meses de inverno, com temperaturas mais baixas, umidade elevada e menor irradiação. O Cenário 3 engloba os meses de outono e primavera, apresentando características intermediárias. Com base nos dados dos cenários e nos testes realizados pela empresa, modelos matemáticos foram empregados para estimar os tempos de secagem em diversas condições climáticas, métodos de secagem e frequências de revolvimento das leiras. Ao realizar o revolvimento das leiras diariamente há uma redução de 40% nos tempos de secagem em comparação com uma leira estática. Ao realizar o revolvimento uma vez por turno, essa redução é de 70%, e ao revirar a cada hora, a redução é de 77%. Os tempos de secagem ao ar livre estimados podem estar subestimados devido à alta probabilidade de reumidificação, especialmente em épocas mais úmidas como o inverno, sendo este parâmetro não considerado no modelo. Os tempos de secagem obtidos foram então utilizados para calcular os custos variáveis e fixos dos processos de secagem natural, assim como os custos por absorção ideal com a secagem utilizando o revolvimento do minério 1 vez por turno em estufas representando o melhor custo-benefício, R$ 3,12, R$ 3,78 e R$ 3,06 para os cenários 1, 2 e 3 respectivamente. Esses custos foram comparados com os de métodos tradicionais da indústria, como secadores rotatórios e secadores rápidos, utilizando diferentes tipos de combustíveis. Em relação aos custos de operação, o carvão, a opção mais poluente, apresenta custos comparáveis aos de um secador natural. Entretanto, ao incluir os custos de operação, manutenção, energia elétrica e equipamentos, resulta em um custo 80,63% maior por tonelada do que o pior resultado obtido com um secador natural, R$ 5,51 por tonelada adquirido no cenário 2 estático em uma estufa. Conclui-se que o uso da secagem natural é viável na mineração, representando uma oportunidade pouco explorada pela indústria e com alto potencial.

The national production of phosphate is insufficient to meet the national demand for this important fertilizer. To partially address this demand, Águia Fertilizantes intends to explore a new deposit of phosphate rocks in Rio Grande do Sul, located in the district of Três Estradas in Lavras do Sul. The mining would be conducted in an open-pit mine using the concept of sustainability 0-0-0, which means zero energy, zero water, and zero carbon emissions. To achieve this, the company plans to use a solar dryer. A literature review indicated a scarcity of examples of solar dryers in the mining industry, contrasting with numerous case studies in agriculture. To assess the economic feasibility of solar dryers in mining, scenarios representing different seasons of the year were developed. Scenario 1 reflects the summer months, characterized by high temperatures, low humidity, and high irradiation. Scenario 2 covers the winter months, with lower temperatures, higher humidity, and less irradiation. Scenario 3 encompasses the autumn and spring months, featuring intermediate characteristics. Based on the scenario data and tests conducted by the company, mathematical models were employed to estimate drying times under various climatic conditions, drying methods, and pile turning frequencies. Daily turning of the piles results in a 40% reduction in drying times compared to a static pile. Turning once per shift reduces the time by 70%, and turning every hour results in a 77% reduction. Estimated open-air drying times may be underestimated due to the high probability of rehumidification, especially in more humid periods such as winter, a parameter not considered in the model. The drying times obtained were then used to calculate variable and fixed costs of natural drying processes, as well as ideal absorption costs with drying using ore turning once per shift in greenhouses representing the best cost-benefit ratio, which were R$ 3.12, R$ 3.78, and R$ 3.06 for scenarios 1, 2, and 3 respectively. These costs were compared with those of traditional industry methods, such as rotary dryers and flash dryers, using different types of fuels. In terms of operational costs, coal, the most polluting option, presents costs comparable to those of a natural dryer. However, when considering operation, maintenance, electricity, and equipment costs, it results in an 80.63% higher cost per ton than the worst result obtained with a natural dryer which was R$ 5.51 per ton acquired in scenario 2 static in a greenhouse. It is concluded that the use of natural drying is viable in mining, representing a little-explored opportunity for the industry with high potential.