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CARACTERIZAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINÉRIOS
Flotação
Introdução• A diferenciação entre as espécies minerais é dada pela
capacidade de suas partículas se prenderem (ou prenderem a si) a bolhas de gás (geralmente ar).
• Se uma partícula consegue capturar um número suficiente de bolhas, a densidade do conjunto partícula-bolhas torna-se menor que a do fluido e o conjunto se desloca verticalmente para a superfície, onde fica retido e é separado numa espuma, enquanto que as partículas das demais espécies minerais se mantêm inalterada a sua rota.
Introdução• A concentração de minerais requer três condições básicas:
– Liberabilidade: A liberação dos grãos dos diferentes minerais é obtida através de operações de fragmentação (britagem e moagem) intercaladas com etapas de separação por tamanho;
– Separabilidade dinâmica: relacionada aos equipamentos empregados (variáveis operacionais) As máquinas de flotação se caracterizam por possuírem mecanismos capazes de manter as partículas em suspensão e de possibilitar a aeração da polpa;
– Diferenciabilidade: base da seletividade do método. Existência de partículas “hidrofóbicas” e hidrofílicas”.
HIDROFOBICIDADE E HIDROFILICIDADE
• O conceito de hidrofobicidade de uma partícula está associado à sua umectabilidade ou molhabilidade pela água. Partículas mais hidrofóbicas são menos ávidas por água.
• O conceito oposto à hidrofobicidade é designado como hidrofilicidade. Ou seja, partículas que possuem afinidade química com a água.
– Compostos Polares (Dipolo permanente): Água e Partículas Hidrofílicas.
– Compostos Apolares: Ar e Partículas Hidrofóbicas
HIDROFOBICIDADE E HIDROFILICIDADE
• Minerais naturalmente hidrofóbicos:– Grafita – C; – Molibdenita – MoS2; – Talco – Mg3Si4O10(OH)2; – Pirofilita – Al2Si4O10(OH)2; – Carvões – C;– Ouro nativo livre de prata – Au.
• MECANISMO DE SEPARAÇÃO: – A separação entre partículas naturalmente hidrofóbicas e partículas
naturalmente hidrofílicas é teoricamente possível fazendo-se passar um fluxo de ar através de uma suspensão aquosa contendo as duas espécies.
– As partículas hidrofóbicas seriam carreadas pelo ar e aquelas hidrofílicas permaneceriam em suspensão.
MECANISMOS DE COLETA• A propriedade de um determinado reagente tornar seletivamente
hidrofóbicos determinados minerais é devida à concentração desse reagente na superfície desses minerais. Isto é, o reagente se deposita seletivamente na superfície mineral, recobrindo-a de modo que fique sobre a superfície da partícula um filme da substância.
• Ligação Reagentes-Partículas: – Ações elétricas ou eletrostáticas; – Ação de forças moleculares tipo Van der Waals, entre outras.
• Sequência do Mecanismo – As moléculas de reagentes são:1. Atraídas para as vizinhanças da partícula;2. Adsorvidas na superfície;3. Reagem com as moléculas ou íons da sua superfície (penetram na sua
estrutura).
MODULAÇÃO DE COLETA• A substância capaz de adsorver-se à superfície do mineral e torná-la
hidrofóbica é denominada coletor e o mecanismo de adsorção e geração de hidrofibicidade é denominado coleta.
• É importante que haja:– Seletividade;
o Alguns coletores são muito energéticos;o Ação do Depressor;o Ativadores;
• Outras importâncias na modulação de coleta:– Economia;
o Diminuir o consumo de coletor; o Acertar as condições de acidez ou alcalinidade; o Diminuir o consumo de água, etc.
• Outras substâncias presentes na flotação:– Seqüestradores: precipitam íons indesejáveis (Fe3+, Ca2+, Al3+);– Espumantes;– Reguladores: ajustes de pH (Ex.: Soda Cáustica)
REAGENTES• COLETORES
– Estrutura Química:o Porção Polar: Apresenta diversas funções. Mantém contato com a água;o Porção Apolar: não é ionizável e, devido às características elétricas das
ligações covalentes, tem maior afinidade pela fase gasosa que pela líquida. – Propriedades:
o Relação do comprimento da cadeia molecular com a hidrofibicidade do reagente (medida pelo ângulo de contato de uma bolha de ar);
o Cadeias normais são mais fracas que as cadeias isômeras ramificadas.o Aumentando-se a energia de adsorção do coletor, diminui-se a seletividade
da coleta. A solubilidade diminui com o comprimento da cadeia carbônica e, via de regra, o preço do reagente aumenta.
o O enxofre dentro do radical polar é mais hidrofóbico que o oxigênio. o Alguns coletores, como os sabões de ácidos graxos e as aminas, apresentam
poder espumante, que tende a aumentar com o comprimento da cadeia não-polar.
REAGENTES• Relação do comprimento da cadeia molecular com a
hidrofibicidade do reagente (medida pelo ângulo de contato de uma bolha de ar);
Radical Número de Carbonos
Ângulo de Contato
Metil 1 50º
Etil 2 60º
Propil 3 68º
Butil 4 74º
Iso-butil 4 78º
Amil 5 80º
Iso-amil 5 86º
Hexil 6 87º
Heptil 7 90º
Octil 8 94º
Cetil 16 96º
COLETORES
• COLETORES ANIÔNICOSo Os coletores são distinguidos, em função da sua carga iônica, em aniônicos e
catiônicos. Este último grupo se restringe às aminas. Os coletores aniônicos se subdividem, de acordo com a função química correspondente. Os principais são:
Ácidos graxos e seus sabões
Minerais salinos, minerais oxidados e não metálicos (Fosfatos e Fluorita);
Comprimento de cadeia entre 8 e 12 carbonos; Origem vegetal A saponificação é feita com soda cáustica.
COLETORES
• COLETORES ANIÔNICOS Xantatos
Sais do ácido xântico; Flotação de sulfetos e metais nativos; Solúveis em água e estáveis em solução; Não podem ser usados em meio ácido pois ocorre hidrólise. Os xantatos exibem maior poder coletor e maior seletividade que os
ácidos graxos de mesmo comprimento de cadeia. Baixo Preço => Sucesso comercial; Na prática industrial, usam-se soluções diluídas a 10% e os consumos
variam entre 5 e 100g/t
COLETORES
• COLETORES ANIÔNICOS Aerofloats ®
Ditiofosfatos, ésteres secundários do ácido ditiofosfórico; Pouca solubilidade em água; Necessitam condicionamento ou então são adicionados no circuito de
moagem; O seu poder coletor cresce com o aumento da porcentagem de P2S5. Tem menor poder que os xantatos e, por isto, são utilizados em
quantidades ligeiramente maiores – 25 a 125g/t São mais afetados pelos depressores que os outros reagentes, o que
pode ser muito importante em termos de flotação diferencial; Podem ser usados em misturas com xantatos. São utilizados em soluções a 10%.
COLETORES• COLETORES CATIÔNICOS
– Os coletores catiônicos são as aminas e seus acetatos; – São coletados eletricamente por um mecanismo de primeira espécie;– Menos seletivos que os coletores aniônicos e mais afetados por
modificadores de coleta; – Flotação de não-metálicos, tais como o quartzo (no beneficiamento
do itabirito), silicatos, aluminosilicatos e vários óxidos, talcos, micas, etc.
– A variável operacional mais importante é o pH, seguindo-se o efeito nocivo das lamas.
– Aumentando o comprimento da cadeia carbônica, aumentam as propriedades coletoras e diminui a solubilidade.
– Minerais facilmente flotáveis usam aminas de 8 a 15 carbonos e minerais difíceis precisam de aminas de até 22 carbonos.
COLETORES• TIO COMPOSTOS E COMPOSTOS IONIZÁVEIS NÃO-TIO
– Os coletores empregados na flotação de sulfetos são conhecidos como tio-compostos. o Exemplos: Xantatos, Mercaptana, Aerofloats® e os
Tiocarbamatos.
– Compostos ionizáveis não-tio: Flotação de não-sulfetos, principalmente silicatos e óxidos. o Exemplos: Ácidos Graxos (aniônicos) e as Aminas
(catiônicos).
ESPUMANTES• Propriedades:
– abaixam a tensão superficial na interface líquido/ar e têm ainda a importante função de atuar na cinética da interação partícula-bolha, fazendo com que o afinamento e a ruptura do filme líquido ocorram dentro do tempo de colisão.
– compostos orgânicos heteropolares, cuja estrutura é, portanto parecida com a dos coletores. A diferença reside no caráter funcional do grupo polar: o radical dos coletores é quimicamente ativo e capaz – em princípio – de interagir elétrica ou quimicamente com a superfície do mineral a ser coletados. Já os espumantes têm um radical liofílico de grande afinidade pela água.
ESPUMANTES• Propriedades:
– Espumantes utilizados: o Alcoóis alquílicos ou arílicos (radical hidroxila), certos
aldeídos orgânicos (radical carboxila), certos aldeídos e acetonas (radical carbonila), aminas (radical NH2) e nitrilos (radical CN).
– As propriedades espumantes aumentam com o comprimento da cadeia não-polar até 7-8 carbonos e depois decaem, aparentemente devido à queda da solubilidade do reagente.
REGULADORES• Propriedades:
– Modificadores ou reguladores; – Ajuste de pH do sistema (Soda Cáustica); – Ajuste do Eh do sistema; – Controlar o estado de dispersão da polpa;– Facilitar e tornar mais seletiva a ação do coletor
(função designada como ativação) e tornar um ou mais minerais hidrofílicos imunes à ação do coletor (função conhecida como depressão).
MODULADORES DA COLETA• Propriedades:
– Sais metálicos utilizados para ativar ou deprimir as espécies minerais presentes e, assim, tornar a coleta seletiva.
– O mecanismo da sua atuação depende principalmente do controle do potencial eletrocinético (potencial zeta) da superfície do mineral.
– Também são muito usados colóides orgânicos, tais como: amido, dextrina, tanino, lignino-sulfonato, entre outros.
CÉLULAS DE FLOTAÇÃO• A terceira condição básica essencial à flotação,
separabilidade dinâmica, envolve a utilização de um equipamento que apresente desempenho metalúrgico e capacidade adequada à realidade industrial.
• A célula mecânica de sub-aeração:
CÉLULAS DE FLOTAÇÃO• Os componentes essenciais de uma máquina mecânica de
sub-aeração são:
1. Rotor: responsável pela agitação, mantendo as partículas em suspensão, em condições altamente turbulentas, com elevada probabilidade de colisão partícula-bolha;
2. Dispersor: responsável pela quebra do jato de ar, injetado através do eixo oco do rotor, em bolhas com tamanho compatível com o das partículas a serem flotadas;
3. Estator: responsável pela mudança de regime, de turbulento na região sob ação do rotor, para uma zona quieta objetivando não desestabilizar a adesão da partícula à bolha.
CÉLULAS DE FLOTAÇÃO
• Os componentes essenciais de uma máquina mecânica de sub-aeração são:
CONTROLE DA GRANULOMETRIA NA FLOTAÇÃO
• A faixa granulométrica está usualmente entre 1mm (carvões) e 10 μm no caso de oxi-minerais.
• Na maioria dos casos o tamanho máximo é fixado pela liberação dos grãos do mineral cuja recuperação é o objetivo do tratamento.
• Quando a granulometria de liberação é maior que aquela que possibilita o transporte das partículas pelas bolhas de ar, esse último fator passa a governar o tamanho máximo na alimentação.
• Limite inferior de granulometria: Lamas. • Slimes coating: Recobrimento da superfície mineral por lamas –
inibe a ação do coletor e a seletividade do processo.• Grande importância de etapas de deslamagem prévia. • Granulometria de alimentação na Flotação de Ferro: (0,15mm - 10
μm)
CINÉTICA DE FLOTAÇÃO
• Princípios:
– Ao se flotar um minério composto de dois minerais, A e B, haverá remoção de ambos pela espuma, uma vez que a seletividade não é perfeita.
– VFlot.A (que se quer flotar) >> VFlot.B – VRej.B (rejeição do elemento B)>> VFlot.A. – t = grande => Flotação de B pode vir a prejudicar o
teor de A no flotado.
CINÉTICA DE FLOTAÇÃO• Ensaio de Cinética de laboratório:
– O ensaio para se medir a cinética de flotação é o seguinte: • numa célula de laboratório, inicia-se a flotação e aciona-se o
cronômetro. • Recolhe-se o flotado numa vasilha durante os primeiros 30 segundos.
Decorrido este período, a vasilha é substituída e passa-se a recolher a espuma em outra vasilha, por mais 30 segundos.
• Isto é repetido até que a flotação cesse.– O tempo de residência é, portanto, uma variável crítica para o
dimensionamento e operação dos circuitos de flotação. – Muitos processos de flotação podem ser controlados quanto a
sua à seletividade pela consideração correta do tempo de residência nos estágios Rougher e Cleaner, e até mesmo, Recleaner e Scavenger.
CINÉTICA DE FLOTAÇÃO• Ensaio de Cinética de laboratório:
– Exemplo de análise gráfica (Recuperação x Tempo de residência):