Beneficiamento mineral: como o minério vira matéria-prima

Beneficiamento mineral é o conjunto de operações que transforma o minério bruto, recém-saído da mina, num produto que a indústria consegue usar. Ele quebra a rocha, separa o mineral de interesse do restante e tira a água, sem mudar a identidade química dos minerais. É o elo entre a lavra e a metalurgia ou a indústria química.

Em resumo

• O beneficiamento muda o tamanho das partículas e a concentração do mineral de interesse, sem transformá-lo quimicamente.
• As etapas principais são cominuição (britagem e moagem), classificação, concentração e desaguamento.
• O resultado é um concentrado, rico no mineral útil, e um rejeito, que precisa de destino seguro.
• Dois números medem o sucesso: o teor do concentrado e a recuperação do mineral.
• No Brasil, o minério de ferro de Carajás (PA) quase só é britado e peneirado; o itabirito de Minas Gerais precisa ser concentrado.

O que é beneficiamento mineral

Segundo o Centro de Tecnologia Mineral (CETEM), beneficiamento, ou tratamento de minérios, são operações que modificam a granulometria (o tamanho dos grãos), a concentração relativa dos minerais ou a forma, sem modificar a identidade química ou física dos minerais.

O mineral que tem valor é o mineral-minério; o que vem junto e não é aproveitado é a ganga (veja Mineral, minério e rocha: qual é a diferença).

Por que não usar o minério do jeito que ele sai da mina? Porque muitas vezes ele é pobre demais. O CETEM dá um exemplo: um minério de scheelita (mineral de tungstênio) com 0,35% de óxido de tungstênio não pode ser usado diretamente na metalurgia. Depois de concentrado até cerca de 70%, pode.

Cominuição: britagem e moagem

O mineral só pode ser separado quando está liberado, ou seja, quando cada partícula tem, idealmente, um único mineral. Para isso, a rocha precisa ser reduzida de tamanho. Esse processo se chama cominuição e tem duas fases:

• Britagem: quebra blocos que podem ter cerca de 1.000 mm até fragmentos de uns 10 mm, segundo o CETEM. É feita em estágios, com britadores de mandíbulas, giratórios ou cônicos, entre outros.
• Moagem: é o último estágio da fragmentação. Em moinhos cilíndricos que giram com barras ou bolas de aço dentro, as partículas são reduzidas por impacto, compressão, abrasão e atrito até o tamanho certo para a liberação. Em geral é feita a úmido, o que gasta menos energia e elimina a poeira.

Moer pouco deixa o mineral preso à ganga e derruba a recuperação. Moer demais gasta energia à toa e aumenta as perdas na concentração. Por isso, segundo o CETEM, a regra é fragmentar só o estritamente necessário.

Classificação: peneiras e hidrociclones

No peneiramento, as partículas são separadas pelo tamanho físico, numa tela. Para partículas muito finas, a peneira perde eficiência e entra a classificação, que separa os grãos pela velocidade com que se movem na água.

O equipamento mais usado é o hidrociclone: a polpa (água com sólidos) entra sob pressão e gira; as partículas grossas e densas saem por baixo, e as finas saem por cima com a maior parte da água. Na moagem em circuito fechado, a mais comum na indústria, a fração grossa volta ao moinho.

Concentração: separar o que vale do que não vale

A concentração aproveita alguma diferença de propriedade entre o mineral-minério e a ganga. Os principais métodos:

Método	Diferença usada	Exemplos de uso citados pelo CETEM
Gravítica	Densidade, tamanho e forma, sob a gravidade ou força centrífuga	Jigues, mesas e espirais; ouro aluvionar já era recuperado assim pelos egípcios
Magnética	Resposta a um campo magnético (susceptibilidade magnética)	Minério de ferro em Itabira (MG); remoção de ferro do caulim
Flotação	Afinidade da superfície pela água ou pelo ar	Minérios de ferro, fosfato, zinco, cobre
Eletrostática	Condutividade e cargas elétricas na superfície	Ilmenita, rutilo, zircão; exige material seco

A flotação merece um parágrafo à parte, porque é a menos intuitiva. A polpa recebe ar em bolhas. Um reagente chamado coletor se fixa na superfície do mineral que se quer separar e a torna hidrofóbica, isto é, avessa à água. Essas partículas grudam nas bolhas, sobem e ficam retidas numa espuma, como a da foto no alto desta página, que é separada do resto. Outro reagente, o depressor, impede que o coletor atue nos minerais indesejados.

No minério de ferro brasileiro, a lógica é invertida: a flotação catiônica reversa faz flutuar a ganga de quartzo, com aminas como coletor, enquanto o amido de milho segura os óxidos de ferro no fundo. Separar elementos quimicamente parecidos, como as terras raras, já exige processos químicos, descritos em Como as terras raras são separadas.

Desaguamento: tirar a água

Como a concentração costuma ser feita a úmido, o concentrado sai encharcado. O desaguamento tem dois equipamentos principais:

• Espessadores: grandes tanques onde os sólidos assentam por gravidade. O sólido adensado sai pelo fundo, e a água clarificada fica em cima e pode voltar ao processo.
• Filtros: forçam a água a atravessar um meio filtrante por diferença de pressão (a vácuo ou sob pressão), deixando uma “torta” de sólidos mais seca.

Teor e recuperação: um exemplo com números

Teor é a concentração do que interessa, como a porcentagem de ferro. Recuperação é a fração do mineral de interesse da alimentação que acabou no concentrado. Ela se calcula assim, como no exemplo do próprio CETEM:

recuperação = (massa do concentrado × teor do concentrado) ÷ (massa da alimentação × teor da alimentação)

Um exemplo hipotético, com números redondos: uma usina recebe 100 toneladas de minério com 40% de ferro. Há, portanto, 40 toneladas de ferro na alimentação. Ela produz 50 toneladas de concentrado com 64% de ferro.

• Ferro no concentrado: 50 × 0,64 = 32 toneladas.
• Recuperação: 32 ÷ 40 = 80%.
• Rejeito: 50 toneladas, com as 8 toneladas de ferro restantes, ou seja, 16% de ferro.

O teor subiu de 40% para 64%, mas 20% do ferro se perdeu no rejeito. Segundo o CETEM, em regra, quanto maior o teor do concentrado, menor a recuperação. Melhorar os dois costuma aumentar o custo, e a usina precisa achar o equilíbrio.

O rejeito: o que sobra

O rejeito é a fração do minério sem valor econômico que sai do beneficiamento, diferente do estéril, que é descartado ainda na mina. Depois dos espessadores convencionais, segundo o CETEM, ele ainda tem só 40% a 50% de sólidos, ou seja, é uma lama. Por isso é guardado em barragens ou, quando filtrado, em pilhas. Os riscos e as regras estão em Barragem de rejeitos: o que é e por que algumas são perigosas, e os demais efeitos sobre solo, água e ar, em Impactos ambientais da mineração.

Água e energia: quanto o beneficiamento consome

Energia. O CETEM reuniu dados do Balanço Energético Nacional de 2007: lavra e beneficiamento de minérios, sem contar a pelotização, consumiram 8,44 TWh de eletricidade, cerca de 2% do consumo elétrico do país. A média foi de cerca de 7 kWh por tonelada de produto, com grande variação: de 2 a 3 kWh/t na brita a cerca de 17 kWh/t no minério de ferro. A cominuição responde por cerca da metade do consumo elétrico de uma usina de beneficiamento.

Água. Segundo o mesmo livro, de 2010, as grandes mineradoras brasileiras reciclavam cerca de 70% da água de processo, chegando a 90% em alguns casos. O espessamento é justamente onde boa parte dessa água é recuperada.

Exemplo brasileiro: Carajás e Itabira

Carajás (PA). Segundo a Vale, o teor de ferro ali já passa de 64%, e o material é só britado e peneirado para ser separado por tamanho, sem concentração. A tendência é fazer isso sem água, no chamado processamento a umidade natural: em 2019, 11 das 17 linhas da principal usina de Carajás já eram a seco. Um fluxograma da usina de 2001, publicado pelo CETEM, mostra três estágios de britagem e várias peneiras, gerando produtos como granulado, sinter feed e pellet feed. Em 2019, a empresa informou que, no projeto S11D, essa rota reduz em 93% o consumo de água em relação a um projeto convencional.

Itabira e Minas Gerais. No Quadrilátero Ferrífero, o minério é o itabirito, uma rocha com faixas de óxidos de ferro e quartzo. Segundo a Vale, em 2019, o teor médio em Minas Gerais é de cerca de 40% de ferro, e por isso ele precisa ser concentrado a úmido. O rejeito, basicamente sílica, vai para barragens. Em Itabira, segundo o CETEM, a Vale passou a usar no início dos anos 1970 separadores magnéticos de alta intensidade a úmido, o que viabilizou o aproveitamento dos itabiritos, até então não considerados minério de ferro. As usinas de Cauê e Conceição também aparecem numa lista de 2006, reproduzida pelo CETEM, das principais usinas de flotação do país. Para reduzir o uso de barragens, a Vale informou em 2019 que estudava investir na filtragem e no empilhamento do rejeito.

O beneficiamento é uma das seis etapas da vida de uma mina, descritas em Como funciona uma mina: da descoberta ao fechamento.

Perguntas frequentes

O que é beneficiamento mineral?

É o conjunto de operações que prepara o minério para uso industrial: reduzir o tamanho, separar o mineral de interesse da ganga e retirar a água. Em geral, não altera a composição química dos minerais.

Quais são as etapas do beneficiamento?

Cominuição (britagem e moagem), classificação (peneiras e hidrociclones), concentração (gravítica, magnética, flotação ou eletrostática), desaguamento (espessamento e filtragem) e destinação do rejeito.

Qual a diferença entre teor e recuperação?

Teor é a porcentagem do elemento de interesse num material. Recuperação é a parte do elemento que entrou na usina e terminou no concentrado. Em geral, quando um sobe, o outro tende a cair.

O que é flotação?

É um método de concentração em que bolhas de ar carregam para a superfície as partículas que se tornaram hidrofóbicas pela ação de um reagente, o coletor. O mineral sai na espuma, e o resto fica na polpa.