Concentração Por Flotação

CONCENTRAÇÃO POR FLOTAÇÃO

Lucas Carvalho Coelho

FLOTAÇÃO

FLOTAÇÃOl. Conceito

É um método de concentração de minerais por via úmida, - polpa com relação água/sólido média em tomo de 3:1 (em peso), - mediante o qual umas partículas minerais são separadas de outras, fazendo algumas flotarem e deixando outras sem flotar no meio aquoso, baseando-se na diferença de propriedades de superfície das espécies minerais a serem separadas, utilizando-se para isso reagentes especiais.

A separação das espécies minerais se efetua na água e o veículo que serve para conduziras partículas são as bolhas de ar que, adequadamente, se fazem surgir no meio aquoso. As partículas que queremos flotar se aderem às bolhas de ar e são suspensas à superfície da máquina de flotação (flotado); o(s) mineral (is) que não queremos flotar não se adere às bolhas, ficando no fundo da máquina (não flotado) e sai por aberturas especiais.

Propriedade Diferenciadora

Hidrofobicidade

A propriedade diferenciadora na flotação se baseia no fato de que a superfície de diferente espécies minerais pode apresentar diferentes graus de hidrofobicidade. O conceito de hidrofobicidade de uma partícula está associado à ''molhabilidade" da partícula pela água Partículas mais hidrofóbicas são menos ávidas por água. O conceito oposto hidrofobicidade é designado por hidrofilicidade, onde as partículas são mais ávidas póágua.

Entre as substâncias minerais encontradas na natureza muito poucas são naturalmente hidrofóbicas (grafita, molibdenita, talco, pirofilita, alguns carvões e ouro nativo livre de prata). Este pequeno número de substâncias naturalmente hidrofóbicas seria indicativo de uma gama restrita de aplicações da flotação. A vastíssima aplicação industrial da técnica se deve ao fato de que minerais naturalmente hidrofílicos podem ter sua superfície tomada hidrofóbica através da adsorção (concentração na superfície) de reagentes conhecidos como coletores. Em outras palavras» a propriedade diferenciadora pode ser induzida.

TIPOS DE FLOTAÇÃORepresentação esquemática da flotação direta (Ex.: flotação de minério de cobre, chumbo,zinco, ouro, molibdênio, apatita, etc.).

RN.A

C

CN.A

R

Representação esquemática da flotaçãoreversa(Ex.: flotação de minério de ferro).

A escolha entre flotação direta ou reversa se baseia no princípio de se flotar a menor massa.(Exceção:na usina da Magnesita SA,em Brumado, BA, um material contendo cerca de 90% de MgCO3 é purificado por flotação direta).

CLASSES DE FLOTAÇÃO

1 - Flotação Coletiva ("Bulk Flotation") - quando se flota simultaneamente um grupo de minerais que apresentam características semelhantes de flotabilidade, visando um maior rendimento com menor custo.

Flotação B

Concentrado Bulk (Cu – Mo)

RejeitoAlimentação

Separação Cu – Mo

Concentrado Mo

CLASSES DE FLOTAÇÃO2 - Flotação Seletiva, Seqüencial ou Diferencial (“Diferencial Flotation") - quando se flota as

espécies minerais de forma separada para obter concentrados independentes de cada mineral que contenha a alimentação.

Flotação Pb

Concentrado de PD

Rejeito

Alimentação

Flotação de Zn

Concentrado de Zn

Zn + Ganga

1. Fundamentos da flotação

2. Reagentes

3. Maquinas de flotação

4. Coluna de flotação

• Descrição

• Aspectos de desempenho

• Mecanismos de flotação

• Variáveis do processo

• Controle

• Célula mecânica x Coluna

• Circuitos

SUMÁRIO

FLOTAÇÃO

FLOTAÇÃO

FLOTAÇÃO

FLOTAÇÃO

FLOTAÇÃO

FLOTAÇÃO

FLOTAÇÃO

FLOTAÇÃO

Reagentes de Flotação

São compostos orgânicos e inorgânicos empregados com o objetivo de controle das características das interfaces envolvidas no processo de flotação.

Obs.: Interface é a região espacial situada entre duas fases da matéria e com propriedades diferentes das fases que a compõe.

Considerando-se os três estados da matéria - sólido, líquido e gasoso - é possível a identificação de cinco tipos de interface: sólido/sólido, sólido/líquido, sólido/gás, líquido/líquido e líquido gás. Todos os tipos estão presentes em sistemas de flotação.

Coletores- substancias orgânicas surfactante (função de hidrofobizar seletivamente as espécies minerais, ou seja, transformar as partículas minerais naturalmente hidrofílicas em hidrofóbicas

- atuam na interface solido-liquido – hidrofobicidade

Os surfactantes utilizados em flotação são supridos às interfaces através de uma fase aquosa.

Solubilidade em água - Hidrocarbonetos insolúveis ou óleos são utilizados.

Previamente são dispersos em água, sob a forma de emulsões.

Coletores

Coletores

FLOTAÇÃO

Divisão da flotação quanto ao coletor utilizado:

Flotação Catiônica - quando o coletor usado é do grupo ionógeno catiônico, representado pelas aminas;

- Coletores Catiônicos - São as aminas e seus acetatos. Sua aplicação típica é na flotação de não-metálicos, Tais como quartzo (na flotação do itabirito), silicatos, aluminosilicatos e vários óxidos, talco, micas, etc. A variável operacional mais importante é o pH, seguindo-se o efeito nocivos das lamas.

Flotação Aniônica - quando o coletor usado é do grupo ionógeno aniônico representado pelos xantatos e ácidos graxos.

- Coletores Ainômcos - Subdividem-se de acordo com a função química em: ácidos graxos e seus sabões, tiocarbonatos ou xantatos, sulfates de alcoila ou arila, tióis (álcoois de enxofre ou mercaptana, tiouréias, ditiofosfàtos ou aerofloats, tiocarbamatos.

Espumantes

Espumantes

Requisitos dos espumantes:• deve ser barato e de fácil obtenção;

• deve formar uma espuma duradoura e consistente para suportar a carga mineral;

• deve produzir uma espuma pela adição de uma quantidade mínima possível;

• deve distribuir‐se na polpa de maneira fácil e completa.

Espumantes

Fatores que afetam a estabilidade da espuma

drenagem de liquido na lamela (ação da gravidade). Quanto maior otamanho da bolha na espuma, maior a tensão superficial da solução nalamela e maior a diferença de pressão, causando sua drenagem;

difusão de gás através da lamela. Ocorre através dos poros aquososentre as moléculas dos surfactante na superfície dos filmes. A resistênciainterfacial para difusão do gás aumenta com o aumento do numero deátomos de carbono no grupo hidrofóbico do surfactante e com odecréscimo da massa molecular do grupo hidrofílico;

viscosidade superficial; e

espessura da dupla camada elétrica.

Espumantes

A destruição ou colapso de espumas --- modificação do parâmetro primariamente responsável pela estabilidade.

Aditivos que eliminam a elasticidade superficial ou reduzem a viscosidade facilitam o colapso da espuma.

Óleos dos tipos silicone ou perfluorhidrocarboneto sao anti-espumantes efetivos quando dispersos em soluções aquosas na forma de emulsão.

Modificadores

Modificadores

ModificadoresTipos Ativadores ‐ Aumentam/facilitam a adsorção do coletor na superfície domineral que se deseja flotar;

Depressores ‐Aumentam a afinidade da partícula pela água, tendo,portanto, um efeito oposto ao dos ativadores; aumenta a seletividade dos coletores;atua na interface sólido – líquido;

Desativadores ‐ Removem um ativador da superfície de um dado mineral,tornando‐a menos propensa a reagir com o coletor;

Moduladores de PH – Controla o grau de acidez ou basicidade.

FLOTAÇÃOModificadores

- Modulação do EhOs reagentes controlam o potencial eletroquímico do sistema de flotação (moduladores de Eh).

É importante na flotação de sulfetos, envolvendo a adição de redutores e oxidantes e o emprego de nitrogênio como fase gasosa.

- Controle do estado de agregação da polpaAtravés da adição de reagentes dispersantes ou agregantes (coagulantes e floculantes) na

polpa. As ações de dispersão e de agregação estão intimamente relacionadas com a modulação do pH, Em geral, uma polpa dispersa favorece a flotação e uma polpa com agregante favorece o desaguamento (separação sólido-líquido).

- AtivaçãoAtravés da adição de reagentes (ativadores) capazes de tomar mais eficaz e/ou seletiva a ação

dos coletores. Os sulfetos de sódio são empregados na sulfetização de oxidados de chumbo, cobre e zinco.

Condicionamento da Polpa

Para que o reagente possa atuar na superfície da partícula mineral (coletando-a, ativando-a ou deprimindo-a), é necessário que se dê um tempo para que as partículas minerais e o reagente tenham chance de entrar em contato. Esta operação é denominada condicionamento, e o tempo necessário para que isso ocorra é denominado de tempo de condicionamento.

Com a maioria das espécies minerais o condicionamento é feito a baixa diluição da polpa (alta porcentagem de sólidos), de modo a aumentar a probabilidade de que as gotículas de reagente e as partículas se encontrem. É uma operação realizada em tanques apropriados denominados condicionadores.

O condicionador é um tanque cilíndrico, de diâmetro e altura usualmente próximos. Sobre o tanque assenta-se uma viga que sustenta o mecanismo de acionamento de um eixo na ponta do qual está uma hélice que agita a polpa. A descarga é por transbordo.

Slimes Coating

Eventos para uma partícula útil passar para o flotado

• A partícula deve estar em contato com o coletor;

• O coletor deve adsorver sobre a superfície da partícula;

• A partícula não deve desprender‐se da bolha durante o percurso ascendente;

• A partícula deve permanecer dentro da espuma e escorrer para calha do flotado.

Teor e Granulometria

Em termos de teor, a flotação apresenta enorme flexibilidade. No limite superior temos carvões(80% de carbono) e a magnesita com conteúdo de MgCO3 acima de 90%. No outro extremo temos os minérios de cobre, onde pode‐se recuperar molibdênio com teores da ordem de 0,02%

A faixa granulométrica varia usualmente de 1mm(carvões) a 5µm, governada pelo grau de liberação; granulometria maior que as bolhas possam transportar; o limite inferior estárelacionado com o conceito de lamas(.slimes coating)

MÁQUINAS DE FLOTAÇÃO

MÁQUINAS DE FLOTAÇÃO‐Máquinas Convencionais de Flotação Características,composição e funcionamento

Tratam-se de tanques projetados para receber a polpa alimentada, continuamente, por uma das suas faces laterais e descarregá-la pelo lado oposto. Cada unidade destes tanques échamada de célula. Podem ser usadas células individualizadas mas a regra é agrupar conjunto de duas ou mais. Numa extremidade do conjunto é instalado um compartimento de alimentação e na extremidade oposta, um compartimento de descarga. Este inclui um dispositivo de regulagem do nível de polpa dentro das células.

A espuma sobe e é descarregada pela frente e, em alguns modelos, também por trás, transbordando sobre calhas dispostas ao longo da extensão do conjunto de células. O material deprimido (afundado) é arrastado pela corrente de água e sai por baixo, passando para a célula seguinte e finalmente, sendo descarregado pela caixa de descarga. Dentro da célula há um rotor, suspenso por um eixo conectado a um acionamento (fora da célula e acima). O rotor tem a função de manter a polpa agitada e portanto em suspensão.


‐Máquinas Convencionais de Flotação Características,composição e funcionamento

MÁQUINAS DE FLOTAÇÃO‐Máquinas Convencionais de Flotação Características,composição e funcionamento



MÁQUINAS DE FLOTAÇÃOColuna de Flotação

É equipamento caracterizado pêlos fluxos em contracorrente entre ar e material não flotado e entre água de chuveiro (de lavagem) e de material flotado

Descrição da coluna

A coluna é desprovida de partes móveis e constituída basicamente de duas zonas distintas:

- Zona de coleta (Zona de recuperação ou de concentração) - situada entre a interface polpa-espuma e o sistema de aeração.

- Zona de limpeza (Zona de espuma) - situada entre a interface polpa-espuma e o transbordo.



Funcionamento da coluna:


A polpa, depois de condicionada com reagentes e ter sua porcentagem de sólidos e ph ajustados é introduzida na coluna em um ponto localizado a aproximadamente 2/3 da altura da coluna a partir de sua base, abaixo da interface polpa-espuma. O ar é introduzido sob pressão na parte inferior, passando por um sistema destinado a gerar bolhas de pequeno diâmetro. Na zona de coleta as partículas da alimentação entram em contato em fluxo contracorrente com as bolhas de ar. As partículas hidrofóbicas colidem e aderem às bolhas ascendentes, sendo então transportadas até a zona de limpeza, constituída por uma camada de espuma de aproximadamente l metro de espessura. Por outro lado, as partículas hidrofílicas ou pouco hidrofóbicas — e, portanto, não aderidas às bolhas - são removidas na base da coluna através de bombeamento.43


Observações:Na parte superior da coluna é adicionada a água de lavagem (água de chuveiro) através de

dispersores, internos ou externos, com o objetivo de "lavar" a espuma, diminuindo o arraste de partículas indesejáveis pelo fluxo ascendente (normalmente de minerais contaminantes) e para a estabilização da espuma.

Denomina-se "bias" a diferença entre o fluxo de água do afundado e o fluxo de água na alimentação. Considera-se como "bias positivo quando o fluxo de água no afundado for maior que o fluxo de água da alimentação.

O sistema de aeração de uma coluna constitui componente fundamental na sua operação. Um gerador de bolhas eficientes é aquele capaz de gerar bolhas de 0,5 a 2,0 mm de diâmetro com velocidades superficiais de ar de 1,0 a 3,0 cm/s.




MÁQUINAS DE FLOTAÇÃOColuna de Flotação ‐ Variáveis operacionais

‐ Vadio de arÉ uma das variáveis mais importantes e tem um efeito significativo sobre a recuperação do

mineral flotado. Dentro dos limites de estabilidade da coluna» a recuperação do mineral flotado é normalmente crescente com o aumento da vazão de ar até atingir seu valor máximo. Um excesso significativo da vazão de ar pode prejudicar o processo da flotação devido à turbulência, perda da seletividade, perda da interface polpa-espuma com a formação de espuma na zona de coleta e aumento do tamanho da bolha. O “hold up” do ar é definido como a porcentagem que o ar ocupa na zona de coleta. Acima de 30% de holdup ocorre turbulência na coluna.

- Vazão de água de lavagemA vazão de água de lavagem na camada de espuma (l a 3 cm/s) tem três funções básicas:• Substituir a água da alimentação na fração flotada diminuindo o arraste hidráulico de

partículas hidrofílicas;• Reduzir a coalescência das bolhas; • Aumentar a seletividade do processo sem perda de recuperação.


- Altura da camada de espumaÉ uma variável importante na seletividade do processo de flotação. As colunas de flotação

trabalham com camadas de espuma que variam de 0,5 a l ,5 m. Se o objetivo é obter maior seletividade entre as espécies hidrofóbicas, recomenda-se trabalhar com camadas de espuma maiores.

- Taxa de alimentaçãoA polpa deve ter uma vazão constante e não provocar excesso de turbulência para não haver

dispersão radial. O aumento da taxa de alimentação, mantendo a mesma porcentagem de sólidos da polpa, reduz o tempo de residência e conseqüentemente a recuperação.


‐ % de sólidos da polpa

Aumentando a % de sólidos da polpa, sem alterar a alimentação, aumenta o tempo de residência. % de sólidos mais baixas tomam o processo mais seletivo.

‐ Tamanho das bolhas

Um sistema de geração de bolhas é eficiente quando produz bolhas pequenas (diâmetro de 0,5 a 2,0 mm). Reduzir o tamanho das bolhas aumenta a capacidade de coleta. Bolha excessivamente pequena (< 0,1 mm) pode não conseguir subir pela polpa e acabar saindo no afundado. Reduzir o tamanho das bolhas significa aumentar a superfície específica e menor velocidade das bolhas.

‐ Descarga do afundado

Deve ser feita de modo a garantir a estabilidade da interface polpa‐espuma.

VANTAGENS

• Aumento da recuperação‐Fluxo contra corrente

• Aumento da seletividade‐Controle da altura da camada de espuma

• Substituição do banco de células por coluna ‐ devido ao seu maior

rendimento metalúrgico

• Diminuição do custo de fabricação, manutenção e instrumentação

• Necessidade de espaço reduzido ‐ predominantemente vertical

• Redução de consumo de energia

• Diminuição das peças de reposição

DESVANTAGENS

• Baixa área específica da superfície livre para transbordo do flotado;

• Baixo perímetro do transbordo

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Concentração Por Flotação