Beneficiamento de caulin

8/2/2019 Beneficiamento de caulin

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Centro de Tecnologia Mineral

Ministrio da Cincia e Tecnologia

Coordenao de Processos Minerais COPM

Servio de Tratamento Mineral e Usina Piloto - SETU

ESTUDOS DE BENEFICIAMENTO DE CAULINS BRASILEIROS

Ado Benvindo da Luz

Eng. de Minas, D. Sc.

Salvador Luiz Matos de Almeida

Eng. Metalrgico, D. Sc.

Rio de Janeiro

Novembro / 2004

CT2004-096-00 Comunicao Tcnica para VII Jornadas Argentinas deTratamiento de Minerales. Buenos Aires, Argentina, 20 a 22de outubro 2004. Pg. 244-254.


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VII Jornadas Argentinas de Tratamiento de Minerales. Buenos Aires, Argentina, 2004

ESTUDOS DE BENEFICIAMENTO DE CAULINS BRASILEIROS

Ado B. Luz e Salvador. L. M. Almeida

Centro de Tecnologia Mineral-CETEMAv. Ip, no 900, Ilha da Cidade Universitria

Rio de Janeiro-RJ, Brasil - CEP 21 941-590Tel: 55-21-38657203, [email protected], [email protected]

RESUMO

Foram realizados estudos de caracterizao tecnolgica e de beneficiamento, em duas amostrasde caulim denominados de bom e ruim, provenientes de pegmatitos do Norte de MinasGerais, visando a obteno de produtos para carga na indstria de papel e tinta e para suportecermico. As duas amostras de caulim foram, inicialmente, submetidas a uma caracterizaotecnolgica constando de desagregao, homogeneizao, disperso em polpa e classificao empeneira de 270 malhas. A frao abaixo de 270 malhas foi submetida difrao de raio-X, anlise

qumica, alvejamento com ditionito de sdio, determinao de alvura e viscosidade Brookfield.Os dois caulins foram estudados por beneficiamento via mida e via seca, visando a remoo deimpurezas constitudas, essencialmente, de quartzo, moscovita e turmalina. Os ensaios debeneficiamento, via mida, constaram de desagregao do caulim, desareamento em peneira de270 malhas e, a seguir, o passante nesta foi submetida a separao magntica, alvejamento comditionito de sdio, filtragem, secagem, determinao de alvura dos produtos e de absoro deleo. As amostras de caulim foram submetidas a uma outra rota de beneficiamento, via seca,usando um aeroseparador tipo Sturtevant. Os teores de impurezas (1,1% Fe2O3 e 0,14% TiO2) nocaulim ruim so bem maiores que no caulim bom (0,11% Fe2O3 e 0,01% TiO2), confirmandoassim as diferenas de qualidade dos caulins, em termos de alvura. A difrao de raio-X mostrou,para o caulim bom, a predominncia de caulinita e a presena, em pequenas quantidades, de mica

e ilita. No caulim ruim foram constatadas, tambm, a predominncia de caulinita e pequenasquantidades de mica (provavelmente moscovita) e quartzo. O processo via mida apresentou, para os caulins bons e ruins, rendimentos, em 270 malhas, de 84 % e 48%, respectivamente.Usando o processo via seca, o rendimento do caulim bom caiu de 84 para 56% e o caulim ruim de48 para 37%. O beneficiamento do caulim, via mida, possibilitou a obteno de um produto com91,7% de alvura. Quanto ao caulim ruim, o beneficiamento, via mida, permitiu a obteno deum produto com 71% alvura. Os estudos realizados permitiram sugerir um fluxograma para obeneficiamento dos caulins, constando de desagregao, separao em peneira, classificao emhidrociclones, espessamento, alvejamento, filtragem e secagem. O caulim bom tem potencial paraser usado, como carga, na indstria de tinta, papel e plstico. O caulim ruim poder ser usado napreparao do corpo de cermica de piso e de revestimento, na indstria de porcelana sanitria e

de mesa.Palavras Chave: caulim, beneficiamento de caulim, carga, papel, cermica
mailto:[email protected]:[email protected]


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Luz e Almeida

1. INTRODUO

Segundo Grim (1958), caulim uma rocha constituda de material argiloso, com baixo teorde ferro, cor branca ou quase branca. Os caulins so silicatos de alumnio hidratado, cujacomposio qumica se aproxima de Al2O3.2SiO2.2H2O, contendo outros elementos como

impureza. A caulinita, mineral predominante dos caulins, um silicato hidratado de alumnio,cuja clula unitria expressa pela frmula Al4(Si4O10)(OH)8.Murray (1980), Prasada et al. (1991), Lima e Luz (1991) discorrem sobre as propriedades

mais importantes a serem avaliadas num caulim, quando este se destina ao uso como carga ecobertura: mineralogia, forma e tamanho das partculas, abraso, alvura, pH, propriedadesreolgicas, floculao e disperso Ainda segundo esses autores, os usos potenciais de um caulim podero ser apontados a partir de seus constituintes mineralgicos. A presena de minerais dotipo quartzo, cristobalita, alunita, esmectita, ilita, moscovita, biotita, clorita, gibbsita, feldspato,anatsio, pirita e haloisita podero afetar o beneficiamento e os possveis usos do caulim. Aesmectita, alunita e haloisita contribuem para aumentar a viscosidade. O quartzo, quando emgranulometria muito fina, torna-se muito difcil de ser removido no beneficiamento, contribuindo

dessa forma para aumentar a sua abrasividade.Segundo Price (1977), citado por Ferron et al. (1990), so trs os aspectos que podeminfluenciar na reflexo da luz que incide sobre uma superfcie e, portanto, na alvura do caulim:grau de contaminao pelas impurezas coloridas; tamanho e forma das partculas e distribuiogranulomtrica do mineral caulinita.

Das vrias aplicaes industriais do caulim, a indstria de papel o segmento maisimportante, representando cerca de 50% do mercado de caulim. A sua utilizao como coberturana indstria de papel, alm de outras especificaes, requer uma alvura ISO acima de 85%(Roskil,1996).

Murray (1986) considera que o vasto campo de aplicao industrial do caulim deve-se ssuas caractersticas tecnolgicas: quimicamente inerte; branco ou quase branco; capacidade de

cobertura quando usado como pigmento e reforador para aplicaes como carga; baixacondutividade trmica e eltrica; macio, pouco abrasivo e competitivo em preos com osmateriais alternativos

Os principais usos industriais do caulim so: papel, tintas, cermica, refratrios,catalisadores, louas de mesa, peas sanitrias, cimento branco, borracha, plstico, adesivos,vidros, cosmticos e pesticidas.

Os caulins podem ser beneficiados por via seca e via mida. O processo via a seca simples e consta de: britagem, secagem, pulverizao e classificao pneumtica. Esse tem sidousado para caulins que, de certa forma, j possuem alvura e distribuio granulomtricaadequadas, bem como baixo teor de quartzo. O que acontece que a maioria dos caulins, noestado natural, no possui esses pr-requisitos, e por isso predomina o beneficiamento a mido

(Prasada et al, 1991; Luz et al., 2000; Luz e Middea, 2004). Esses relatam que as impurezas nocaulim, do tipo xidos e hidrxidos de ferro, xido de titnio, matria orgnica, mica, feldspato equartzo, influenciam diretamente nas propriedades de alvura e abraso do caulim. A remoodessas impurezas feita por beneficiamento a mido e consta de: disperso/desagregao,desareamento, classificao, delaminao, fracionamento granulomtrico por centrfuga,separao magntica de alta intensidade, floculao seletiva, flotao, lixiviao, filtragem esecagem.


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VII JATRAMI, Buenos Aires, Argentina, 2004

O alvejamento qumico a etapa mais importante no processamento do caulim, de vez quequanto maior a sua alvura, maior a possibilidade de se obter um produto de maior valor agregado.O alvejamento qumico realizado atravs de uma lixiviao oxidante ou redutora. No primeirocaso a reao irreversvel, enquanto no segundo poder ser revertida pela ao do oxignio(Sss, 1986).

No caso de um caulim com impurezas de matria orgnica, aplica-se a lixiviao oxidante,sendo o perxido de hidrognio, um dos oxidantes mais usados. A oxidao da matria orgnicacom hipoclorito de sdio, seguida da remoo do ferro pela sua complexao com cido oxlico epolifosfato de sdio, so tcnicas tambm usadas no alvejamento de caulim (Stoch et al., 1979).

Os caulins apresentam uma colorao, atribuda principalmente presena dos compostosde ferro (xidos e hidrxidos) e aos xidos de titnio (rutilo e anatsio). A lixiviao redutora temsido uma prtica muito utilizada no alvejamento de caulins que contm xidos e/ou hidrxidos deferro, liberados, com valncia +3. A qumica do processo de alvejamento consiste em reduzir oferro trivalente para divalente, estado em que apresenta maior solubilidade. Nesse caso, vriosagentes redutores tm sido utilizados: ditionito de sdio; ditionito de zinco; sulfito de sdio(Stoch et al., 1979; Singh et al., 1991).

Luz et al. (1995a, 1995b, 1995c, 1995d) estudaram o desempenho do alvejamento decaulins usando ditionito de sdio, frente ao ditionito de zinco e alumnio, obtidos a partir dareao do zinco e alumnio metlicos com SO2, no prprio reator onde ocorre o processo dealvejamento. Nesse estudo ficou demonstrado que os redutores de zinco e alumnio obtidos no prprio reator de alvejamento, so mais eficazes do que o ditionito de sdio, no entantoapresentam restries ambientais ao seu uso.

O presente trabalho teve como objetivo realizar um estudo de caracterizao tecnolgica ede beneficiamento, em duas amostras de caulim denominados de bom e ruim, provenientesde pegmatitos do Norte de Minas Gerais-Brasil, visando a obteno de produtos para carga naindstria de papel e tinta e para suporte cermico.

2. METODOLOGIA

Amostragem: Foram coletadas duas amostras de caulim, de origem primria (pegmatito), ea seguir enviadas ao CETEM, na cidade do Rio de Janeiro, onde foram realizados os estudos delaboratrio. A quantidade de caulim amostrado foi: 94 kg do caulim denominado bom e 137 kgdo caulim denominado ruim.

a) Caracterizao das amostras de caulim Cada uma das duas amostras de caulim (ruime bom) foi submetida caracterizao tecnolgica, envolvendo as seguintes determinaes eanlises da frao abaixo de 270 malhas: difrao de raios-X; rendimento em 270 malhas;anlise microgranulomtrica (Sedigraph); alvura antes e aps alvejamento com ditionito de sdio;viscosidade (Brookfield) da frao abaixo de 270 malhas; anlise qumica (Al2O3, SiO2, Fe2O3,

TiO2, K2O, Na2O, CaO, MgO, PF); ensaios de sedimentao e absoro de leo.


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Luz e Almeida

b) Ensaios de Beneficiamento dos Caulins

b.1) Via mida: Foram realizados ensaios de beneficiamento via mida (Figura 1 ), com oscaulins bom e ruim, visando a remoo das impurezas constitudas, essencialmente, de quartzo,moscovita e turmalina. O corte em 270 malhas a granulometria normalmente recomendada para

fazer o desareamento do caulim. Por outro lado a frao abaixo de 270 malhas, do ponto de vistagranulomtrico, j pode ser usado como carga.

Caulim

Desagregao(42% slidos)

Sep. Magntica

Deter. de Alvura

Secagem Secagem

Alvejamento

FiltragemFiltragem

Peneiramento+ 270 malhas

(rejeito)

< 270 malhas

gua

Deter. de Alvura

Figura 1 Fluxograma utilizado no beneficiamento via mida dos caulins bons e ruins

b.2) Via Seca: Foram realizados ensaios de separao pneumtica, em dois estgios,usando separador tipo Sturtevant, a partir de um caulim com umidade abaixo de 0,7% .


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3. RESULTADOS OBTIDOS

a) Caracterizao Tecnolgica das Amostras de CaulimTabela 1: Anlise granulomtrica (via mida): Amostras de caulim Bom e Ruim

Malhas Caulim Bom Caulim Ruim(Srie Tyler) retido (%) retido (%)

+ 35 9,13 43,78

+ 48 1,32 2,94

+ 65 1,12 2,56

+ 100 0,93 2,36

+ 150 0,66 1,83

+ 200 0,29 0,78

+ 270 3,29 0,69- 270 83,26 45,06

Tabela 2 - Anlise qumica dos caulins (< 270 malhas) bom e ruim

Compostos(%) CaulimBom CaulimRuim

Al2O3 40,0 38,5

SiO2 45,7 46,2

Fe2O3 0,11 1,1TiO2 0,01 0,14

K2O 0,10 0,19

Na2O 0,02 0,02

CaO < 0,01 0,01

MgO < 0,01 < 0,01

PF 13,5 13,5

Difrao de raios X e distribuio de tamanho (Sedigraph).

A difratograma de raios: i) no caulim bom foi identificado caulinita, mica e ilita; ii) nocaulim ruim foi identificado caulinita, moscovita e quartzo. A anlise em sedigraph mostrou queo caulim bom possui 42% abaixo de 2 m.


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Luz e Almeida

Rendimento do caulim em 270 malhas

i) caulim bom: 84,44% (sem dispersante e pH natural = 6); ii) caulim ruim: 45,06 % (semdispersante e pH natural = 6); iii) caulim ruim: 48,34% (1 kg/t hexametafosfato e pH 7).

Alvura e amarelidez

Foram determinadas as alvuras (ISO, filtro de 453 n) e amarelidez dos caulins bom e ruim(frao < 270 malhas), sem alvejamento e os seus resultados so apresentados, a seguir: i) caulimbom 89,15% de alvura e 4,05% de amarelidez; ii) caulim ruim 67,73% de alvura e 9,10% deamarelidez.

Ensaio de queima a 950 e 1.100C

Aps uma hora de queima, em forno mufla, o caulim bom queimou branco nas duastemperaturas, enquanto o caulim ruim s queimou branco na temperatura de 1.1000 C.

Determinao de viscosidade (Brookfield) do caulim bom

Frao abaixo de 270 malhas; pH 9 (com NaOH); % slidos 70; dispersantehexametafosfato de sdio (1 a 3 kg/t)

Spidler 2 Spidler 320 rpm = 400 cP 20 rpm = 2675 cP50 rpm = 400 cP 50 rpm = 1024 cP100 rpm = 370 cP 100 rpm = 595 cP

b) Beneficiamento a mido

Alvura da frao abaixo de 270 malhas, aps alvejamento com ditionito de sdio

i) caulim ruim : 68,06% de alvura (1 kg/t de ditionito em pH 3,5) e amarelidez 9,10%; ii)caulim bom : 91,77% de alvura (1 kg/t de ditionito em pH 3,5) e amarelidez 3,09%.

Alvura da frao < 270 malhas (caulim ruim), aps separao magntica em Separador Rapid :

Condies: Matriz de l de ao;- Campo magntico de 18.000 Gauss; pH = 7.

Melhor resultado de alvura do caulim ruim aps separao magntica: 71,15% e amarelidez9,78%.

Alvura e amarelidez frao < 270 malhas (caulim ruim), aps separao magntica emSeparador Rapid (matriz l de ao; campo magntico 18.000 Gauss; alvejamento (ditionito de

sdio: 2kg/t)Resultados: Alvura (ISO): 69,77% ; amarelidez do caulim: 9,78%.

c) Beneficiamento Via Seca

Ensaio de caulim no separador pneumtico Sturtvant


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a) Balano de massa do ensaio de separao pneumtica (Taxa de alimentao 180 kg/h eumidade de 0,7%):

Frao Caulim bom Caulim ruimGrossa 44,38% 62,62%Fina 55,62% 37,38%

b) Anlise granulomtrica dos produtos da classificao pneumtica do caulim bom:

malhas frao fina (% passante) frao grossa (% passante)100 93,55 55,33150 89,32 51,73200 86,38 50,37270 79,91 48,43

d) Caracterizao Tecnolgica dos Produtos

Ensaios de absoro de leoForam feitos ensaios com caulim natural (sem calcinar) e calcinado a 1.100C, usando leo

de linhaa (peso especfico = 0,92) conforme norma NBR 5811/84 (ABNT) e os resultados soapresentados a seguir.Caulim bom (natural): 41 g de leo/100 g de caulimCaulim ruim (natural): 47 g de leo/100 g de caulimCaulim bom (calcinado): 40 g de leo/100 g de caulimCaulim ruim (calcinado): 45 g de leo/100 g de caulim

Ensaios de sedimentaoEstes foram realizados em proveta, para os produtos obtidos no beneficiamento dos caulins

bom e ruim, so resultados apresentados a seguir:Produtos rea: ft2/t/24 h

Caulim Bom 10,05Caulim Ruim 56,7

4. DISCUSSO DOS RESULTADOS

Rendimento: Pelos resultados da Tabelas 1 , conclui-se que o caulim bom apresentou umrendimento, em 270 malhas, praticamente o dobro do caulim ruim:

Caulim bom 83,26 % (em peso) e caulim 45,06 % (em peso).O rendimento a seco no pode ser comparado com o rendimento a mido. Para o caulim

bom o rendimento a mido foi de 83% e a seco 56%. A classificao a seco uma alternativa aser avaliada por ser mais barata e para regies com escassez de gua, como o semi-rido donordeste e norte de Minas Gerais.

Anlise Qumica: Pelos dados da Tabela 2, verifica-se que os teores das impurezas (1,1%Fe2O3 e 0,14% TiO2) no caulim ruim so bem maiores que no caulim bom(0,11% Fe2O3 e 0, 01% TiO2 ), confirmando assim as diferenas de qualidade dos dois caulins,em termos de alvura.


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Luz e Almeida

Difrao de Raios X: No caulim bom, seu difratograma indica a predominncia decaulinita e a presena, em pequenas quantidades, de mica e ilita.

No caulim ruim, seu difratograma indica a presena de caulinita, mica (provavelmentemoscovita) e quartzo.

Rendimento do caulim: Pelos rendimentos dos caulins, em 270 malhas, conclui-se que os

melhores resultados foram: i) caulim bom : 84,44 % (sem reagente e pH natural = 6); ii) caulimruim : 48,34 % (1 kg /t hexametafosfato de sdio e pH 7).

Alvura: O caulim bom (frao < 270 malhas) tem uma alvura (ISO) de 89,15 %, que podeser aumentada para 91,77 %, atravs de alvejamento com ditionito de sdio. O caulim ruim(frao < 270 malhas) tem uma alvura (ISO) de 67,73 %, que pode ser aumentada para 71,15 %,atravs de separao magntica.

Separao Pneumtica: Pelos resultados obtidos no separador pneumtico Sturtevant,conclui-se que a separao, a seco, para os dois caulins estudados no vantajosa, pois osrendimentos diminuem: i) caulim bom: de 84,44% para 55,62%; ii) caulim ruim: de 48,34% para37,38%.

Viscosidade: A viscosidade do caulim bom foi ligeiramente superior recomendada paracobertura de papel.

Absoro de leo: Os resultados encontrados de absoro de leo, tanto no caulim naturalquanto para o calcinado, apresentaram valores acima de 35 g de leo /100 g de caulim, valoraceito para a indstria de tinta para material usado como carga (Agalmatolito).

CONCLUSES

Com base nos estudos de caracterizao/beneficiamento desenvolvidos, prope-sedois fluxogramas preliminares para os caulins bom e ruim, do Norte de MinasGerais (Figuras 2 e 3 ).

Este estudo permitiu apontar os seguintes usos potenciais para os caulins: Caulim Bom: Indstria de tinta; Indstria de papel (como carga); Indstria deplstico; Na formulao de esmalte cermico

Caulim Ruim: Na formulao da massa do biscoito cermico; Porcelana sanitria;Porcelana de mesa; Porcelana eltrica.


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Minrio

DesagregaoAgitador

(42% slidos)

gua

Peneira 20#

gua

Rejeito + 20# (8%)

- 0,3 mm

Rejeito

(2%) + 0,3 mm

25%slidos

8" 6"

O

U

O

U

+ 53 m

Rejeito (7%)

- 53 m (83%)gua do processo

Ditionito 0% slidosSecagemao sol

85%

slidos

Prateleiras

Produto paraexpedio

Filtradoprensa

533 % slidos

Figura 2 Fluxograma preliminar de beneficiamento proposto para o caulim bom do Norte

de Minas Gerais


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Luz e Almeida

Minrio

DesagregaoAgitador

(42% slidos)

gua

Peneira 20#

gua

Rejeito + 20# (20%)

- 0,3 mm

Rejeito(27%)+ 0,3 mm

25%slidos

8" 6"

O

U

O

U

+ 53 m

Rejeito (8%)

- 53 m (45%)gua do processo

Ditionito 31% slidosSecagemao sol

80%

slidos

Prateleiras

Produto paraexpedio

Filtradoprensa

Figura 3 Fluxograma preliminar de beneficiamento proposto para o caulim ruim do Nortede Minas Gerais


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5. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS

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CETEM - Centro de Tecnologia Mineral

Rio de Janeiro, 03 de novembro de 2004.

Salvador Luiz Matos de Almeida

Chefe do Servio de Tratamento de Minrios e Usina Piloto - SETU

Joo Alves Sampaio

Chefe da Coordenao de Processos Minerais - COPM

Ado Benvindo da Luz

Diretor do CETEM

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