Lixiviação estática gera o yellow cake

Para esse tipo de minério, método é utilizado com exclusividade pela mineradora brasileira
Para se obter o concentrado de urânio (U3O8), produto final da operação da mina Cachoeira, das Indústrias Nucleares do Brasil (INB), o processo adotado pela estatal no beneficiamento é o de lixiviação em pilhas (estática), no qual, depois de britado, o minério é disposto em pilhas e irrigado com solução de ácido sulfúrico para a retirada do urânio contido.

Esse método dispensa fases de moagem, agitação mecânica e filtração, o que promove uma redução nos investimentos e menor custo operacional, uma vez que são necessárias menos máquinas. Além disso, a ausência de rejeitos sólidos finos e a menor utilização de insumos químicos no processo, assim como a possibilidade de reciclagem total dos efluentes líquidos, sendo reutilizados em ciclo fechado tornam o método menos impactante ambientalmente.

Atualmente, a capacidade nominal da planta é de 400 t/ano de U3O8e em 2012, a empresa produziu 382,77 t. O gerente de Produção em Caetité, Hilton Mantovani, explica que, “tendo em vista que em média a tonelada de minério tem 2,5 kg de U3O8e a taxa de recuperação é de 80 %, na unidade, cada tonelada de rocha fornece à INB 2,0 kg de U3O8”.

Filtro da usina em Caetité foi reutilizado da unidade de Poços (MG)

Em 2013, a mineradora espera implantar um sistema de automação do entamboramento do concentrado de urânio (yellow cake) e a aquisição e implantação de um sistema para concentração do efluente aquoso diluído de cloreto de sódio gerado na planta química, permitindo sua reutilização no processo sem a necessidade demake updo sal, o que reduzirá o consumo de cloreto de sódio no processo. Já para 2014, é prevista a expansão da área de precipitação, filtração, secagem e estocagem do produto final e há também a intenção de instalar uma planta para produção de ácido sulfúrico para suprir as necessidades operacionais.

Na unidade da INB em Caetité, esclarece Paulo César Nascimento Brito, engenheiro Químico e no momento da entrevista coordenando a produção, o minério chega da lavra com aproximadamente 27” em um modelo de transporte através de caminhões basculantes, sendo descarregado em um silo com uma grelha no fundo com abertura de 50 mm e um alimentador vibratório Simplex modelo SXA940. A fração de minério com granulometria inferior a 50 mm cai, através de um chute, diretamente para o transportador de correia e a fração maior que 50 mm é transferida para um britador primário de mandíbulas de 30” x 40” da Telsmith Barber-Greene, que também descarrega o minério com granulometria reduzida no mesmo transportador, para formar uma pilha pulmão com cerca de 2.000 t de rochas com granulometria de 125 mm.

Paulo César Nascimento Brito, engenheiro Químico da INB

Ela abastece dois sistemas vibratórios Simplex SXCV-100, situados sob a pilha pulmão para alimentar um transportador de correia que descarrega o minério em um britador secundário de mandíbulas de 40 cm x 120 cm da Metso, que reduz a granulometria para 50 mm. A partir daí, o minério segue por outra correia transportadora que supre uma peneira classificadora de doisdecks, sendo que o produto do primeirodeckda peneira, com granulometria maior que 19 mm, é recolhido em um transportador e transferido para o britador cônico terciário, reduzindo a espessura do minério para menos de 15 mm, que segue por outro sistema de correias.

O produto do segundodeckda peneira, com granulometria entre 13 mm e 19 mm, é transferido para o britador quaternário cônico HP100 da Metso, que diminui o tamanho das partículas para menos de 13 mm para seguir pela mesma correia que o minério do primeirodeck. Os produtos retornam então para a peneira fechando o circuito.

A fração de minério passante pelo segundodeck, que constitui o produto final da britagem e apresenta tamanho máximo de 13 mm, é recolhido pelo transportador de correia, que o transfere para um silo intermediário com alimentador de esteira, que passa o material constantemente para outra correia com adição de cerca de 4 % de água durante um processo de mistura em tambor rotativo com 6 m de comprimento e 1,2 m de diâmetro. Nesse tambor é adicionado ácido sulfúrico concentrado (H2SO4) na relação de 15 kg/t de minério, com o objetivo de aglomerar os finos e iniciar o processo de lixiviação através de uma cura ácida inicial.

A descarga do tambor rotativo alimenta um conjunto de transportadores de correia móveis que abastecem umstackercom altura de 6 m, o qual descarrega o minério aglomerado na pilha, em um pátio com inclinação de 1 %, impermeabilizado com argila compactada e duas mantas de PEAD (polietileno de alta densidade), assim como todas as bacias, e, caso haja algum vazamento entre as mantas, sensores indicarão o problema e onde deve ser feito o reparo.

Esse pátio comporta até duas pilhas, sendo que anualmente são feitas cerca de oito por ano que podem ter de 25.000 t a 35.000 t, dependendo da altura de empilhamento adotada. Depois de lixiviadas, essas pilhas são removidas com carregadeira hidráulica e caminhões para dar lugar a mais minério.

É possível a formação de até duas pilhas ao mesmo tempo

A lixiviação promove o contato do minério britado com uma solução aquosa de ácido sulfúrico para que haja uma reação química que gera um composto de urânio solúvel na fase líquida, em concentração média da ordem de 7 g/l. No processo, a pilha formada é submetida a três lavagens sucessivas. A primeira é feita com solução de ácido sulfúrico a 25 g/l, na relação de 0,6 m³/t de minério, irrigada sobre a pilha através de tubos dispostos no modelo de espinha de peixe com gotejadores a uma taxa de 30 l/h.m²(igual em todas as etapas), que gera licor rico
em urânio a ser recolhido na bacia TQ-1401, com capacidade para 10.000 m³.

A segunda lavagem ácida, com 5 g/l na relação de 0,3 m³/t de minério, gera licor com baixos teores em urânio, o qual segue para bacia TQ-1402 com capacidade de armazenamento de 30.000 m³. A última lavagem, feita com água bruta na relação de 0,3 m³/t de minério, produz uma solução com teores muito baixos de urânio a ser recolhida nas bacias TQ-1402 ou TQ-1403, ambas com 23.000 m³, dependendo da situação.

Os licores recolhidos nas bacias TQ-1401 e TQ-1402 são, posteriormente, transferidos para a bacia TQ-1405, de 5.000 m³, onde são misturados para aumentar o teor de urânio e se adequar à alimentação das etapas seguintes do processo de produção. A seguir, explica o engenheiro, é realizada a clarificação do licor de urânio.

Ao licor correspondente à primeira lavagem da pilha, adiciona-se ainda na canaleta de drenagem do pátio de lixiviação para a bacia TQ-1401 uma solução aquosa (0,2 %) do floculante sintético GEBetz F11 (ou algum outro de atuação similar), na relação de 4 g de floculante/ m³ de licor, com o objetivo de aglomerar o precipitado extremamente fino de fosfato de cálcio e titânio, bem como outros particulados que se formam durante a etapa de lixiviação. Essa fase sólida sedimenta na bacia TQ-1401, a qual é lavada uma vez por ano, com transferência da água utilizada e precipitados para a área de tratamento de efluentes e bacias de sedimentação de efluente tratado.

Água na planta tem ciclo fechado

O licor clarificado, transferido para a bacia TQ-1405, quando movido para a etapa de separação e purificação do urânio, passa por uma etapa filtração em leito de carvão antracitoso (nos filtros FL-1501 A/R) antes de ser armazenado temporariamente no tanque TQ-1501. A próxima etapa, de separação/concentração do composto do urânio, é realizada pelo processo de extração por solventes orgânicos.

Inicialmente o urânio é extraído do licor separando-o das outras substâncias químicas que foram também solubilizadas do minério na etapa de lixiviação com solução de ácido sulfúrico. Esse processo é realizado através de extração, nas células CE 1601/02/03/04, por um solvente orgânico que contém 7 % de uma amina terciária de cadeia longa, no caso a Alamine 336, fabricada pela Bast, 3 % de tridecanol e 90 % de um querosene especial, com baixo teor de aromáticos e enxofre, fornecido pela Petrobrás ou Ipiranga.

Nessa etapa, todo o urânio contido no licor é transferido para o solvente orgânico, separando-o das impurezas. O licor, agora sem urânio, passa a ser um rejeito aquoso chamado de rafinado, sendo transferido para a área de tratamento de efluentes líquidos.

Em seguida, continua Brito, o urânio é convertido novamente para uma fase aquosa através da reextração nas células CE-1605/06/07/08 com solução de cloreto de sódio e ácido sulfúrico até pH em torno de 1,2. O composto contendo urânio em concentrações elevadas resultante dessa etapa é chamado de eluato de urânio e, o solvente orgânico agora novamente sem urânio, é transferido para a unidade de regeneração onde é tratado com solução aquosa de carbonato de sódio antes de ser reciclado à etapa de extração do urânio. Portanto, o solvente orgânico é operado em circuito fechado.

Nas últimas fases do beneficiamento, o produto final do processo de produção da URA (Unidade de Concentrado de Urânio), denominado Diuranato de Amônio (DUA), é inicialmente precipitado em três reatores em série com temperatura controlada nos tanques TQ-1701/02/03, por adição de solução de hidróxido de amônio na proporção de 120 g/l, preparada pelo borbulhamento de gás de amônia em água, ao eluato de urânio e espessado no decantador DC-1701. A partir dele, a polpa de DUA com cerca de 50 % de sólidos é transferida para a etapa de separação sólido/líquido que, na unidade de Caetité, poder ser realizada de duas formas, alternativamente.

A primeira é por filtração, fazendo com que a polpa de DUA espessada do DC-1701 seja transferida para um filtro horizontal a vácuo FL-1701, no qual a fase sólida fique retida na tela filtrante, onde é lavada sucessivamente com solução de sulfato de amônio contendo 130 g/l e água para remover as contaminações de sódio, cloreto e sulfato. A polpa, contendo cerca de 60 % de sólidos é recolhida no tanque de repolpagem TQ-1707 de onde é transferida para o secador SC-1701. A fase líquida gerada no processo de filtração é reciclada para a preparação da solução reextratante de cloreto de sódio.

Outra alternativa é a centrifugação, em que a polpa de DUA do DC-1701 é transferida diretamente para o tanque de repolpagem TQ-1707, onde é diluída até cerca de 10 % de sólidos com solução 130 g/l de sulfato de amônio, preparada na planta pela mistura de compostos aquosos de ácido sulfúrico e hidróxido de amônio e água tratada, na relação de 1/1, de onde é transferida para a centrífuga contínua CT-1701.

A fase sólida, que deixa a centrífuga contendo cerca de 70 % de maciços é transferida para o secador SC-1701. Já a fase líquida da centrífuga é recolhida no tanque TQ-1709, de onde é transferida para o TQ-1703, último reator de precipitação.A partir daí, no secador, que recebe as polpas de DUA de ambos os processos, elas são submetidas a secagem para reduzir a umidade do produto final para menos que 5 %.

Por fim, o produto final seco, conhecido também poryellow cake, é transferido para o silo SL-1701 até que a balança na qual ele está apoiado indique peso entre 17.000 kg e 20.000 kg, quando se realiza a operação de entamboramento de um lote do produto. O U3O8é transferido para tambores metálicos de 200 l, com amostragens simultâneas, analisadas nos laboratórios da INB nas Unidades de Caetité e de Caldas (MG), para emissão do correspondente Certificado de Análise.

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