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):