Rougher flotation of copper flotation tailings from southern Peru: Fe upgrading, metallurgical balance and batch flotation kinetics

Resumo Técnico: Flotação de Brutos de Rejeitos de Flotação de Cobre do Sul do Peru

Problema
Os rejeitos de mineração representam um desafio ambiental e técnico significativo devido aos seus grandes volumes, potencial de liberação de contaminantes e heterogeneidade química. Especificamente, os rejeitos contendo sulfetos apresentam riscos de geração de ácido e mobilização de metais através da oxidação. Embora a flotação por espuma seja investigada tanto para a recuperação de recursos secundários quanto para a dessulfurização ambiental, o desempenho é altamente específico de cada local e depende da liberação mineral, química de superfície e granulometria. Uma limitação crítica na literatura existente é a tendência de interpretar a recuperação de ferro total (Fe) como recuperação seletiva de pirita sem o suporte de ensaios de enxofre ou mineralogia específica do produto. Este estudo aborda a necessidade de uma linha de base rigorosa e reprodutível para a concentração de Fe em rejeitos de cobre, reconhecendo explicitamente as limitações do uso de Fe total como um substituto para a recuperação de sulfetos na ausência de dados de enxofre.

Metodologia
O estudo utilizou rejeitos de flotação de cobre coletados da célula final de um circuito de limpeza de estágio único no sul do Peru. O fluxo de trabalho experimental envolveu:

• Caracterização da Alimentação: A alimentação foi analisada quanto à química global (análise química úmida), mineralogia (difração de raios X com refinamento de Rietveld e SEM-EDS) e propriedades físicas (gravidade específica e distribuição de tamanho de partícula).
• Testes de Flotação: Testes de flotação de brutos em escala de bancada foram realizados em uma célula mecânica tipo Denver de 2 L, utilizando 500 g de alimentação seca a 30% de sólidos em peso e 1200 rpm. O processo operou em pH natural (6,5–6,8) usando xantato de isopropila sódica (Z-11) como coletor e metil isobutil carbinol (MIBC) como espumante.
• Replicação e Cinética: Três testes de flotação de brutos independentes e replicados foram realizados para estabelecer balanços metalúrgicos. Adicionalmente, três testes cinéticos de batelada independentes foram conduzidos, coletando nove concentrados sequenciais de 1 minuto ao longo de um período de 9 minutos para avaliar as trocas entre teor e recuperação dependentes do tempo.
• Modelagem: Os dados de recuperação cumulativa de Fe foram ajustados a três modelos cinéticos de dois parâmetros: primeiro-ordem clássico, hiperbólico e Klimpel. O desempenho dos modelos foi avaliado pelo coeficiente de determinação ($R^2$), erro quadrático médio (RMSE) e critério de informação de Akaike corrigido (AICc).

Principais Resultados

• Características da Alimentação: Os rejeitos continham 24,79% em peso de Fe e 20,50% em peso de S, com uma gravidade específica de 3,56 e um $D_{50}$ de aproximadamente 101 µm. A análise mineralógica revelou uma assembleia complexa onde o Fe estava distribuído entre sulfetos (pirita, marcasita, pirrotita), óxidos ($Fe_2O_3$-tipo), silicatos e carbonatos/sulfatos (incluindo siderita). Consequentemente, o Fe total não pôde ser atribuído exclusivamente à pirita.
• Desempenho da Flotação de Brutos: Os testes de brutos replicados produziram um concentrado rico em Fe consistente, com um teor de 50,77 ± 0,68% em peso de Fe. Isso foi alcançado com um puxamento de massa de 33,80 ± 0,62% e uma recuperação de Fe de 58,33 ± 1,76%, resultando em uma razão de enriquecimento de 1,73 ± 0,02. Os resultados demonstraram uma concentração de Fe em bruto reproduzível.
• Resposta Cinética: Ao longo de 9 minutos, a recuperação cumululativa de Fe aumentou de 8,83% para 41,76 ± 0,82%, enquanto o teor cumululativo de Fe diminuiu de 50,34% para 38,39 ± 0,14% em peso. Isso indicou que os primeiros produtos da espuma eram os mais ricos em Fe, com frações posteriores contendo material de flotação lenta e ganga.
• Modelagem Cinética: Todos os três modelos (primeiro-ordem, hiperbólico e Klimpel) descreveram os perfis de recuperação de forma próxima ($R^2$ > 0,999). O modelo hiperbólico apresentou o menor RMSE médio e AICc, embora as diferenças fossem pequenas e dependentes de réplica. O modelo de primeiro-ordem resultou em uma recuperação última ($R_\infty$) de 54,11 ± 1,19% e uma constante de taxa aparente ($k$) de 0,1648 ± 0,0019 min⁻¹. No entanto, o estudo observou que as assíntotas ajustadas foram sensíveis à estrutura do modelo e não devem ser interpretadas como recuperações experimentalmente alcançadas, dado o curto período do teste.

Significância e Alegações
O artigo estabelece uma linha de base reprodutível para a concentração de fase rica em Fe de rejeitos de cobre utilizando condições padrão de flotação de brutos. Os autores declaram explicitamente que o produto recuperado é um "concentrado de bruto rico em Fe" em vez de um "concentrado de pirita", uma vez que o estudo carece dos ensaios de enxofre e da mineralogia específica do produto necessários para confirmar a recuperação seletiva de sulfetos ou a dessulfurização ambiental.

A significância do trabalho reside no seu rigor metodológico quanto à interpretação de balanços metalúrgicos. Ao distinguir entre a recuperação de Fe total e a recuperação específica de pirita, o estudo fornece uma avaliação cautelosa e cientificamente fundamentada do potencial de reprocessamento de rejeitos. Demonstra que, embora a concentração de Fe seja viável e reprodutível, alegações relativas à dessulfurização ambiental ou recuperação de recursos secundários de minerais sulfetados específicos requerem investigação adicional envolvendo balanços de massa de enxofre e caracterização mineralógica detalhada dos produtos de flotação. Os dados cinéticos ilustram ainda como a seleção do modelo influencia a estimativa da recuperação última, enfatizando a necessidade de uma interpretação cuidadosa de parâmetros extrapolados em estudos de flotação em batelada.