Por Prof. Rotênio Chaves
O presente artigo apresenta o histórico, a caracterização mineralógica e os resultados dos ensaios de concentração do minério de manganês da Serra do Navio (AP), desenvolvidos em escala laboratorial e industrial. 

O minério é resultante do enriquecimento residual de lentes de mármore manganesífero no embasamento cristalino da Guiana, apresentando variações mineralógicas e físicas significativas. Ensaios em meio denso, tanto em escala laboratorial quanto industrial, utilizando respectivamente cones de concentração e DynaWhirlpool, permitiram estabelecer equações matemáticas de correlação entre tipos de minério, teores e recuperação metalúrgica, fornecendo subsídios para (a) máximo aproveitamento do minério, (b)planejamento da lavra e (c) parâmetros para a concentração em meio denso. 

O estudo fundamentou o projeto e implantação da Usina de Concentração de Grossos e Bitolado (UCGB), confirmando a viabilidade do processo em escala industrial.

A mina da Serra do Navio teve sua vida útil ampliada em praticamente vinte anos, com a lavra da quase totalidade (98%) do minério oxidado, sendo desativada somente em 1995. 

O desenvolvimento do processo de concentração do minério da Serra do Navio, foi que praticamente pioneiro na introdução do da separação em meio denso no Brasil, em escala industrial. 

Sobre o Manganês

O manganês é o 12º elemento em abundância na crosta terrestre, sendo um insumo essencial para a siderurgia, com cerca de 85% do consumo destinado à produção de ferro-gusa e ferroligas (FeMn, FeSiMn), e o restante voltado para pilhas, baterias e a indústria química (Luz et al., 2010).

No Brasil, a exploração do manganês remonta ao século XIX, destacando-se inicialmente as minas de Lafayette (MG) e Urucum (MS), antes da entrada em operação da Mina de Serra do Navio (AP) em 1957, pela ICOMI – Indústria e Comércio de Minérios. A lavra se estendeu até 1995, com a extração de 98,1% do minério oxidado e 10,7% do protominério carbonático. O presente estudo apresenta os resultados dos ensaios realizados para a concentração em meio denso do minério oxidado.

A caracterização do Minério

O minério da Serra do Navio ocorre no embasamento cristalino da Província da Guiana, associado a gnaisses, granitos e xistos. Os principais minerais de manganês identificados na jazida foram:

• Pirolusita (MnO₂) e criptomelana (KMn₈O₁₆·nH₂O) – minerais predominantes.
• Rodocrosita (MnCO₃) – protominério que requer calcinação para adequação à siderurgia.
• Rodonita ((Mn,Fe,Mg,Ca)SiO₃) – protominério presente em associação com granadas, denominado “protominério granatífero”.

Do ponto de vista de propriedades físicas, que influenciavam sua concentração e a recuperação metalúrgica, o minério se apresentava segundo os tipos a seguir:

• Minério Maciço: originado de protominério essencialmente carbonatado. Era o minério mais rico de toda a reserva;
• Minério Rolado: um minério coluvionar originado de minérios maciços e granatíferos; 
• Minério Granatífero: originado de protominérios sílico-carbonatados, com predominância dos silicatos de manganês;
• Minério Xistoso: minério de contato com a rocha encaixante (xistos). Apresentava o teor médio mais baixo da reserva medida;

A reserva ainda se dividia por faixas de teores para cada tipo de minério:

• 30 a 34% de Mn (teor médio = 32% Mn);
• 34 a 38% de Mn (teor médio = 36% Mn);
• 38 a 42% de Mn (teor médio = 40% Mn);
• 42 a 46% de Mn (teor médio = 44% Mn);
• 46 a 50% de Mn (teor médio = 48% Mn);
• 50 a 54% de Mn (teor médio = 52% Mn).

A meta de produção era ditada pelo mercado consumidor internacional, com um produto principal tipo lump, ou “grosso”, com granulometria     3 ½” x  ½”, e teor maior ou igual  48,5%Mn. Para atingir essa meta, o teor médio do minério lavrável e beneficiável tinha que ser ≥46,5%Mn, antes da introdução da concentração em meio denso.

A fração ½” x 5/16”, com denominação de pelota natural, também era produto comercial com o mesmo teor mínimo do grosso. Em geral era incorporado no produto grosso.

A fração granulométrica 5/16” x 20 mesh, denominada “miúdo”, e os finos na faixa 20 mesh x 100 mesh, nos primeiros 15 anos de operação da mina, eram estocados em pilhas na Serra do Navio, porque não eram produtos com granulometrias e teores que atendessem o mercado consumidor. A partir dos anos 70 passaram a ser matéria prima para a Usina de Pelotização  instalada na área do Porto de Santana. 

O minério de baixo teor (<46,5%Mn), lavrado para liberar frentes de minério com teor comercial, foi estocado em pilhas sem individualização por tipo de minério, i.e., essas pilhas eram uma mistura (blend) de minérios de vários tipos, teores e procedências. 

A reserva total era de 25,6 milhões de toneladas de minério lavado, com teor médio de 39,0% Mn, exigindo concentração para se chegar à produtos com a qualidade então comercializada.

O programa de estudos de concentração do minério, desenvolvidos principalmente nos primeiros anos da década de 70, tinham como objetivo o aproveitamento máximo da reserva, com a exploração também dos minérios de baixo teor.

Metodologia dos ensaios em meio denso

As características físicas heterogêneas, aliada à variação de teores, demandou a elaboração de uma matriz com essas variáveis, para execução dos ensaios em escalas de laboratório e industrial. 

O minério foi estudado utilizando-se a concentração em meio denso para a frações granulométricas entre 3 1/2” x ½” e 5/16” x 20 meshs. Os finos <20 meshs foram testados em mesa vibratória, e não serão objeto deste artigo.

Os estudos foram conduzidos em duas escalas distintas:

• Escala industrial (na Usina de Beneficiamento do Minério – UBM):
  • Cominuição, lavagem e classificação do minério bruto em frações;
  • Concentração da fração 5/16” x 20# em DynaWhirlpool (DWP);
  • Concentração da fração 20# x 150# em espirais Humphrey;

Foram alimentados nos ensaios em escala industrial cerca de 25.738 t de minério bruto (ROM).

• Escala laboratorial (no Laboratório de Pesquisas da Serra do Navio):
  • Ensaios em cones de concentração em meio denso;
  • Utilização de polpa de ferrosilício atomizado (densidade até 3,4 t/m³);
  • Frações testadas: 3” x ½” (200 kg por ensaio) e ½” x 5/16” (120–150 kg por ensaio).

Os ensaios nos cones de concentração em meio denso foram executados com diferentes densidades da polpa de ferrosilício:

• D = 3,0 t/m³;
• D = 3,15 t/m³;
• D = 3,30 t/m³;
• D = 2,80 t/m³

Todos os tipos de minérios ensaiados, teores na mina, teores nos produtos (incluindo impurezas), tratados individualmente, deram origem a correlações no formato Y = AX^b ± E, sendo:

A – Teor (%) de manganês no beneficiamento do minério

• X = Teor de Mn no minério alimentado;
• Y = Teor de Mn no produto;

B – Teor (%) das impurezas (Fe, SiO₂, Al₂O₃)

• X = Teor de Mn no produto (grosso, bitolado, miúdo, fino)
• Y = Teor da impureza no produto

Resultados 

Foram beneficiados em escala industrial 25.738 t de ROM, todos os tipos de minério, separadamente, com a coleta de amostras representativas para alimentar os ensaios em escala de laboratório. 

Os ensaios de concentração em meio denso realizados permitiram caracterizar, com elevado grau de precisão, o comportamento de cada tipo de minério (maciço, rolado, granatífero e xistoso), com diferentes densidades da polpa de ferrosilício. A aplicação sistemática das curvas de separação e das equações empíricas geradas possibilitou correlacionar teor, mineralogia, propriedades físicas e recuperações metalúrgicas, fornecendo base técnica para o planejamento da lavra e a decisão de implantar imediatamente as instalações industriais de concentração do minério.

Influência dos tipos de minério no desempenho da concentração

A heterogeneidade físico-mineralógica, foi determinante para o desempenho metalúrgico nos ensaios. Entre os quatro tipos de minério definidos pela pesquisa geológica, dois se destacaram por maior volume na reserva e melhor comportamento no meio denso:

(a) Minério Maciço – o melhor desempenho global

O minério maciço, derivado de protominério essencialmente carbonatado, constituiu o tipo com maior teor médio natural e com a melhor resposta à separação em meio denso. Apresenta:

• alta densidade das fases oxidadas (pirolusita e criptomelana),
• baixa porosidade,
• fragmentação homogênea e menor incorporação de ganga silicatada.

Essas características resultaram em:

• teores de produto mais elevados,
• curvas de separação mais definidas,
• recuperações em peso superiores às dos demais tipos.

(b) Minério Rolado – excelentes resultados e grande representatividade

O minério rolado, coluvionar, derivado do minério maciço e do granatífero, apresentou desempenho quase tão bom quanto o minério maciço. 

Foi o tipo mais importante do ponto de vista operacional porque combinava:

• bom desempenho metalúrgico,
• grande tonelagem disponível,
• elevada representatividade no blend de lavra.

(c) Minério Granatífero – desempenho intermediário

O minério granatífero, derivado de protominérios silicáticos (rodonita associada a granada), mostrou comportamento mais complexo:

• densidade próxima às fases de manganês,
• maior heterogeneidade interna,
• maior teor de SiO₂ e Al₂O₃ no produto.

Ainda assim, obteve recuperações satisfatórias e produtos dentro das especificações industriais, embora com teores ligeiramente inferiores aos dos minérios maciço e rolado.

(d) Minério Xistoso – o desempenho mais baixo

O minério xistoso apresentou o pior comportamento devido a:

• elevada presença de matriz silicatada da rocha encaixante,
• maior porosidade,
• tendência a se fragmentar nas faixas finas durante manuseio e beneficiamento.

Apesar disso, a inclusão do minério xistoso no blending foi tecnicamente possível, devido ao efeito amortizador das grandes parcelas de minério maciço e rolado.

Equações de correlação e seu significado operacional

O tratamento matemático dos dados gerou equações do tipo:

Y = A · Xᵇ ± E,

em que:

• X = teor de Mn no minério bruto (por tipo e faixa de teor),
• Y = teor de Mn no produto (grosso, bitolado, miúdo ou fino),
• E = erro estatístico associado.

Essas equações foram geradas para todos os tipos de minério e todas as frações granulométricas, permitindo:

• prever o teor dos produtos para cada tipo de alimentação,
• estimar a recuperação do minério, em peso e por faixa granulométrica,
• estimar a recuperação metalúrgica em todas as etapas e para todos os tipos de minério,
• quantificar as impurezas (Fe, SiO₂ e Al₂O₃) em função do teor final de Mn.

Do ponto de vista operacional, essas correlações representaram um método preditivo quantitativo, permitindo planejar:

• blending de minério bruto na alimentação da usina de beneficiamento do minério,
• a produção de concentrados,
• aproveitamento total dos minérios de baixo teor.

Aplicação ao quadro total de reservas e escolha da rota ABT

A aplicação das equações a todo o inventário da reserva gerou três alternativas principais, entre as quais se destacou a Alternativa ABT – Blending Representativo de Toda a Reserva.

Essa alternativa mostrou-se superior por:

• maximizar a produção de concentrados,
• manter teores dos produtos dentro das especificações de mercado,
• distribuir o impacto dos tipos menos favoráveis (granatífero e xistoso) sem comprometer o desempenho industrial,
• aumentar significativamente a vida útil da jazida, permitindo lavrar praticamente 100% da reserva oxidada.

A rota ABT foi a que embasou a implantação da UCGB, confirmada posteriormente pela operação industrial, cujo desempenho foi compatível com as previsões obtidas nos ensaios.

O comportamento do blending médio do minério, frações “grosso” e “bitolado” é traduzido nas curvas do gráfico a seguir.

Considerações finais

A aplicação da concentração em meio denso no minério de manganês da Serra do Navio demonstrou-se tecnicamente viável e decisiva para a implantação da UCGB – Usina de Concentração do Grosso e do Bitolado, confirmando a importância dessa rota no aproveitamento integral da jazida de Serra do Navio. A UCMF – Usina de Concentração do Miúdo e do Fino foi implantada antes da UCGB, para produzir os concentrados necessários para alimentar a Usina de Pelotização do Minério de Manganês, que foi implantada no Porto de Santana.

Na figura 6 temos a foto aérea das instalações de beneficiamento do minério de manganês, com a localização da UCGB e da UCMF. Na figura 7 mostramos o  ponto da inclusão  da UCGB no fluxograma geral do processo de beneficiamento do minério.

Além de permitir a implantação da concentração em meio denso com elevado grau de segurança decisória , os estudos desenvolvidos pelo Laboratório de Pesquisas da Serra do Navio forneceram a base técnica para o planejamento da lavra com máximo aproveitamento da reserva, até o esgotamento da jazida vinte anos depois, representando um marco na história da empresa: somente 1,9% do minério original deixou de ser explorado, e isso porque deixou de ser economicamente viável.

DISCRIMINAÇÃO	1.000T	PESO (%)
RESERVA ORIGINAL DO MINÉRIO DE MANGANÊS	60.651,30	100,0
MINÉRIO LAVRADO	59.486,40	98,1
MINÉRIO REMANESCENTE IN SITU, NÃO EXPLORADO	1.164,90	1,9

Tabela 2 – grau de aproveitamento da jazida (ref. Geólogo Antônio Coelho, MSC

Referências

Vale. (2022). Relatório de Sustentabilidade Vale 2022. Disponível em: www.vale.com.

Chaves, R. C. C. Relatório ROT Set/75, Concentração do Minério de Manganês da Serra do Navio, AP – arquivo pessoal do autor.

Andery, P. A. (1980). Contribuições ao desenvolvimento de processos de concentração de minérios itabiríticos. Belo Horizonte: UFMG.

Chaves, A. P. (coord.); Chaves, R. C. (coautor). Teoria e prática do tratamento de minérios – Volume 6: Separação densitária. São Paulo: Oficina de Textos, 2006.

Luz, A. B., Sampaio, J. A., & França, S. C. A. (2010). Tratamento de Minérios. 5ª ed. CETEM/MCT, Rio de Janeiro.

Pires, A. C., & Tavares, L. M. (2019). Historical overview of iron ore beneficiation in Brazil. Minerals, 9(3), 128.

Coelho, A. (1995). Geologia e caracterização do minério de manganês da Serra do Navio (AP). Dissertação de Mestrado – Universidade Federal de Minas Gerais.