Introdução

Flotação é sem dúvida a mais importante e versátil técnica de processamento mineral, tanto o seu uso e sua aplicação estão continuamente expandindopara tratar quantidades maiores e para cobrir novas áreas. Originalmente patenteado em 1906, a flotação tem permitido a exploração de minério de baixo grau e de complexos corpos minerais que teriam sido considerados como não rentáveis. Na prática anterior à flotação, muitos rejeitos de plantas de gravidade eram de um grau superior ao minério tratado em muitas plantas de flotação modernas. Flotação é um processo seletivo e pode ser usado para atingir separações específicas a partir de minérios complexos tais como chumbo, zinco, cobre etc Inicialmente desenvolvido para tratar os sulfetos de cobre, chumbo e zinco, o campo de flotação foi agora expandido para incluir platina, níquel, ouro-hospedado em sulfetos, e óxidos como a hematita e cassiterita, oxidadosminerais, tais como malaquite e cerusita, e não metálicos, tais como fluorita, fosfatos, e carvão fino.

Princípios da flotação

Flotação é um processo de separação físico-química que utiliza a diferença de propriedades da superfície dos minerais valiosos e da ganga indesejada. A teoria de flotação em espuma é complexa, pois envolve três fases (sólidos, água e ar) com muitos subprocessos e interações, e não é completamente compreendido. O assunto foi revisado globalmente por um número de autores(Sutherland e Wark, 1955;. Glembotskii et ai,1972; King, 1982; Leja, 1982; Ives, 1984; Jones e Woodcock, 1984; Schulze, 1984; Fuerstenau et ai,. 1985; Crozier, 1992; Laskowski e Poling, 1995; Harris et al, 2002;. Johnson e Munro, 2002; Rao, 2004), e só será tratado brevemente aqui.O processo de recuperação do material por flotação, a partir da polpa, compreende três mecanismos:(1) Adsorção seletiva a bolhas de ar (ou "Flotação de verdade").(2) Arrastamento na água que passa utilizando a espuma.(3) Aprisionamento físico entre partículas na espuma ligado a bolhas de ar (muitas vezes referido como "agregação").

A fixação (adsorção) de minerais valiosos nas bolhas de ar é o mecanismo mais importante e representa a maioria das partículas que são recuperadas ao concentrado. Apesar da flotação de verdade ser o mecanismo dominante para a recuperação de mineral valioso, a eficiência de separação entre o mineral valioso e ganga é também dependente do grau de arrastamento e aprisionamento físico.

Ao contrário da flotação de verdade, a qual é quimicamente seletiva para as propriedades de superfície minerais, tanto minerais de ganga e quanto minerais valiosos podem ser recuperado por arrastamento e aprisionamento. A coleta destes minerais ocorre na fase de espuma e é importante controlar a estabilidade desta fase para atingir uma separação adequada. Na prática das plantas industriais de flotação,o arrastamento da ganga é indesejado e pode ser comum, portanto, somente uma fase de flotação é incomum. Muitas vezes vários estágios de flotação (chamado "Circuitos") são obrigados a chegar a um concentrado de qualidade aceitável e de forma economica no final do processo.

Flotação de verdade utiliza as diferenças de propriedades físico-químicas,propriedades da superfície das partículas dos vários minerais. Após o tratamento com reagentes, tais diferenças de propriedades de superfície entre os mineraisdentro da polpa de flotação tornam-se aparentes e, por flotação, temos que uma bolha de ar deve ser capaz de juntar-se a uma partícula, e levantá-la através da água até a superfície. A Figura 12,1 ilustra os princípios de flotação numa célula de flotação mecânica. O agitador fornece turbulência suficiente na fase polpa para promover a colisão de partículas e bolhas que resulta na fixação das partículas valiosas nas bolhas e o seu transporte para a fase de espuma pararecuperação.

O processo pode ser aplicado apenas a partículas relativamente finas, porque se forem grandes a força de adesão entre a partícula e a bolha será menor do que o peso das partículas e, por conseguinte, a bolha irá desistir da sua carga. Existe uma gama de tamanhos ótimos para a flotação de sucesso (Trahar e Warren, 1976; Crawford e Ralston, 1988; Finch e Dobby,1990).

Na concentração por flotação, o mineral é geralmente transferido para a espuma, ou fração de flotação, deixando a ganga na polpa ou tailing. Esta é a flotação direta e, o oposto é a flotação reversa, em que a ganga é separada na fração de flotação.

A função da fase de espuma é melhorar a seletividade global do processo de flotação. A espuma atinge esta melhor seletividade reduzindo a recuperação de materiais arrastados para o fluxo do concentrado, enquanto preferencialmente retem o material de valor em anexo. Então, enquanto ela aumenta o teor do concentrado, a espuma também limita na medida do possível, a redução na recuperação de valores. A relação entre a recuperação e teor é um trade-off que precisa ser gerenciado de acordo com as limitações operacionais e é incorporado na gestão de uma ótima estabilidade da espuma. No estágio de separação final em uma célula de flotação, a fase espuma é um determinante crucial do teor e da recuperação do processo de flotação.

As partículas minerais só podem se anexar a bolhas de ar se estas mesmas partículas forem em certa medida repelentes a água, ou seja, hidrofóbicas. Tendo alcançado a superfície, as bolhas de ar só podem continuar apoiando as partículas minerais se eles puderem formar uma espuma estável, de outro modo as bolhas vão estourar e soltar as partículas minerais. Para atingir essas condições, é necessário usar numerosos compostos químicos conhecidos como reagentes de flotação, (Ranney, 1980; Crozier,1984; Suttill, 1991; Nagaraj, 1994; Fuerstenau e Somasundaran, 2003).

A atividade na superfície mineral em relação aos reagentes de flotação em água depende das forças que operam sobre essa superfície. As forças que tendem a separar uma partícula de uma bolha são mostradas na Figura 12.2. As forças de tração levam ao desenvolvimento de um ângulo entre a superfície mineral e a superfície da bolha. Em equilíbrio,

Ɣs/a=Ɣs/w+Ɣw/a.cosƟ_(12,1)

Onde Ɣs/a, Ɣs/w e Ɣw/a são as energias de superfície entre sólidos e ar, sólido e água e água e ar, respectivamente, e Ɵ é o ângulo de contato entre a superfície mineral e a da bolha.

A força necessária para quebrar a interface partícula-bolha é chamada de trabalho de aderência, Ws/a, e é igual ao trabalho necessário para separar a interface sólida do ar e produzir interfaces separadas ar-água e interfaces sólido-água, ou seja,

Ws/a=Ɣw/a+Ɣs/w-Ɣs/a_(12,2)

Combinando com a equação 12,1;

Ws/a=Ɣw/a(1-cosƟ)_(12,3)

Pode ser visto que o maior ângulo de contato implica que maior é o trabalho de aderência entre partícula e bolha e mais resilientes são as forças destrutivas do sistema. A hidrofobicidade de um mineral, por conseguinte, aumenta com o ângulo de contato; minerais com um ângulo de contacto elevado são ditos aerofílicos, isto é, eles têm uma maior afinidade para o ar do que para a água. Superfícies limpas tendem a preservar uma estrutura esférica de uma gota de água, ou seja, o ângulo de contato é alto, o que equivale dizer que o trabalho de aderência é alto (os detergentes promovem essa “limpeza” da superfície).Os termos hidrofobicidade e flotabildade são muitas vezes usados de forma intercambiável. Hidrofobicidade, no entanto, refere-se a uma característica termodinâmica, enquanto flotabilidade é uma característica cinética e incorporaoutras propriedades das partículas que afetam a flotação (Leja, 1982; Laskowski, 1986; Woods, 1994).A maioria dos minerais não são repelentes de água em seus estados naturais e reagentes de flotação devem ser adicionados à polpa. Os reagentes mais importantes são os coletores, que adsorvem sobre superfícies minerais,tornando-os hidrofóbicos (ou aerofilicos) e facilitam a fixação à bolha. Os espumantes (frothers) ajudam manter uma espuma razoavelmente estável. Reguladores são usados para controlar o processo de flotação, estesquer ativam ou deprimem os minerais para ajudar a anexação às bolhas de ar e também são usados para controlar o pH do sistema. Opinions úteis de reagentes de flotação e o seu comportamento incluem aqueles de Crozier (1984); Somasundaran e Sivakumar (1988), Ahmed e Jameson (1989), Adkins e Pearse (1992), Nagaraj (1994), Buckley e Woods (1997), e Ralston et ai. (2001).

A classificação de minerais

Todos os minerais são classificados em polar ou apolar de acordo com as suas características de superfície. As superfícies de minerais não-polares são caracterizadas por relativamente fracas ligações moleculares. 

Os minerais sãocompostos de moléculas covalentes mantidas juntas por forças van der Waals, e o que as superfícies não polares fazem é não anexar facilmente os dipolos da água, e em conseqüência são hidrofóbicos. Minerais deste tipo, tais como grafita, enxofre, molibdenita, diamantes, carvão e talco, portanto, têm elevadas flotabilitidades naturais com ângulos de contato entre 60º e 90º. Embora sejapossível flotar estes minerais sem o auxílio de agentes químicos, é universal a adição de óleos de hidrocarbonetos ou agentes espumantes para aumentar a sua hidrofobicidade. Creosote, por exemplo, é amplamente utilizado para aumentar a flotabilidade do carvão. Uso da hidrofobicidade natural é feito em mesas de graxa para diamante, um método clássico para recuperação de diamante que ainda é usado em algumas plantas. O pré-concentrado de minério de diamante em suspensão é passado sobre mesas vibratórias inclinadas, que são cobertas por uma espessa camada de graxa de petróleo.

Os diamantes tornam-se incorporados na gordura devido à sua repelência a água, enquanto que as partículas de ganga molhadas na água são lavadas e para fora da mesa. A graxa é desnatada fora da mesa oscilatória ou continuamente, e colocadas em vasos perfurados (Figura 12,3), que estão imersos em água ferventes. A graxa derrete, e sai através das perfurações, e é recolhida e re-utilizadas, enquanto que o vaso contendo os diamantes é transportado para a seção de triagem de diamantes.

Minerais com fortes ligações covalentes ou iônicas em sua superfície são conhecidos como tipos polares, e exibem altos valores de energia livre na superfície polar. As superfícies polares reagem fortemente com as moléculas de água, e estes minerais são naturalmente hidrofílicos.O grupo de minerais polares foi subdividido em várias classes, dependendo da magnitude da polaridade (Wrobel, 1970), que aumenta a partir do grupo 1 a 5 (Tabela 12.1). Minerais do grupo 3 (a) podem ser processados por sulfidisação hidrofóbico da superfície mineral em uma solução aquosa alcalina médio. Além dos metais nativos, os minerais no grupo 1 são todos sulfetos, que são apenas fracamente polar devido à sua ligação covalente, que é relativamentefraca em comparação com a ligação iônica de carbonatos e minerais de sulfato. Em geral, portanto, o grau de polaridade aumenta a partir de minerais de sulfetos, por meio de sulfatos, de carbonatos, halitas, fosfatos, etc, então óxidos de hidróxidos, e, finalmente, silicatos e quartzo.

Coletores

A hidrofobicidade tem de ser transmitida para a maioria dos minerais a fim de flotar eles. A fim de alcançar este objetivo, agentes tensoativos (surfactantes) conhecidos como coletores são adicionados à polpa e é permitido um tempo para adsorção durante agitação que é conhecido como o período de condicionamento. 

Coletores são compostos orgânicos que tornam minerais selecionados repelentes a água, por adsorção de moléculas ou íons sobre a superfície do mineral, reduzem a estabilidade da camada hidratada que separa a superfície mineral da da bolha de ar para um nível tal que a ligação da partícula com a bolha pode ser feita por contato (podemos dizer que os surfactantes limpam a superfície).

Agentes tensoativos agem como separadores, ou seja, promovem uma maior separação dos compostos que estão na polpa. Sóda. Moléculas coletoras podem ser compostos ionizantes, que se dissociam em íons em água, ou compostos não ionizantes, que são praticamente insolúveis, etornam o mineral repelente a água por cobrir sua superfície com uma película fina.Coletores ionizantes encontraram aplicação muito ampla em flotação. Eles têm moléculas complexas que são assimétricas na estrutura e são heteropolar, isto é, a molécula contém um grupo não-polar de hidrocarbonetos e um grupo polar que pode ser de inumeros tipos. O radical hidrocarboneto não-polar pronuncia propriedades repelentes a água, enquanto que o grupo polar reage comágua.Coletores ionizantes são classificados de acordo com o tipo de íons, aníons ou cátíons que produz o efeito repelente de água em água. Esta classificaçãoé dada na Figura 12.4.

A estrutura de oleato de sódio, um coletor aniônico no qual o radical hidrocarboneto, o qual não reage com a água, constitui a parte não-polarda molécula, é mostrado na Figura 12,5.

Coletores anfóteros possuem uma função catiônica e uma função aniônica, dependendo do pH de trabalho, e têm sido utilizados para tratar minérios de depósitos de fosfato sedimentar (Houot et al., 1985) e para melhorar a seletividade da flotação de cassiterita (Broekaert et ai., 1984).Devido a atração química, elétrica e física entre as porções polares e as regiões de superfície, os coletores devem adsorver-se sobre as partículas com sua extremidade não polar orientadas para a solução, conferindo assim às partículas hidrofobicidade (Figura 12,6). Eles são geralmente utilizados em pequenasquantidades, substancialmente as necessárias para formar uma camada monomolecular sobre a superfície das partículas (nível de fome) o aumento da concentração dos coletores,além de aumentar o custo, tende a flotar outros minerais, reduzindo a seletividade. É sempre mais difícil eliminar um coletor já adsorvido do que evitar a sua adsorção.

Uma concentração excessiva de um coletor pode também ter um efeito adverso sobre a recuperação dos minerais valiosos, possivelmente devido ao desenvolvimento de multi-camadas de coletor sobre as partículas, reduzindoa proporção de radicais de hidrocarbonetos orientadas para a solução. A hidrofobicidade das partículas é, assim, reduzida, e consequentemente, a sua flotabilidade. O limite de flotação pode ser estendido sem perda de seletividade usando um coletor com uma longa cadeia de hidrocarbonetos, produzindo assim grande repulsão da água, em vez de aumento da concentração de um coletor de menor cadeia. No entanto o comprimento da cadeia é geralmente limitado a 2-5 átomos carbono, uma vez que a solubilidade do coletor em água diminui rapidamente com comprimento de cadeia crescente e, embora haja uma diminuição correspondente na solubilidade dos produtos do coletor, que, por conseguinte, adsorvem muito mais facilmente nas superfícies minerais, é, evidentemente, necessária para o coletor ionizar em água por quimissorção a ter lugar nas superfícies minerais. Não apenas o comprimento da cadeia, mas também a estrutura da cadeia, afeta a solubilidade e a adsorção (Smith, 1989); cadeias ramificadas têm maior solubilidade que cadeias retas.

É comum adicionar mais de um coletor para um sistema de flotação. Um coletor seletivo pode ser usado na cabeça do circuito, para flotar os minerais altamente hidrofóbicos, após um mais potente, porem menos seletivo, é adicionado parapromover a recuperação dos minerais menos flotantes.

Coletores aniônicosEstes são os coletores mais amplamente utilizados em flotação mineral e podem ser classificados em dois tipos de acordo com a estrutura do grupo polar(Figura 12,4). Coletores Oxyhydryl tem ânions orgânicos e sulfo-ácidos como os seus grupos polares e, tal como acontece com todos os coletores aniônicos, o cátion não leva parte significativa na reação de reagente mineral.Tipicamente, os coletores oxyhydryl são ácidos orgânicos ou sabões.Os carboxilatos são conhecidos como ácidos graxos, e ocorrem naturalmente em óleos vegetais e gorduras de origem animal a partir da qual eles são extraídos por meio de destilação e cristalização. Os sais de ácido oléico, tais como oleato de sódio (Figura 12,5) e o ácido linoleico, são comumente usados. Tal como acontece com todos os coletores iônicos, quanto maior for o comprimento da cadeia de hidrocarboneto, mais poderosa é a repulsão de água produzida, contudo diminui também a solubilidade. Sabões (os sais de ácidos graxos), no entanto, são solúveis, mesmo se o comprimento da cadeia é longa. Os carboxilatos são coletores fortes, mas têm seletividade relativamente baixa. Eles são utilizados para a flotação de minerais de cálcio, bário, estrôncio, magnésio e, os carbonatos de metais não ferrosos, e os sais solúveis de metais alcalinos e metais alcalino-terrosos (Finch e Riggs, 1986).Os sulfatos e sulfonatos são utilizados mais raramente. Eles possuem propriedades semelhantes aos ácidos graxos, mas tem menor poder de coleta. No entanto, eles têm uma maior seletividade e são utilizados para flotarbarita, celestita, fluorita, apatita, cromita, cianita, mica, cassiterita, e scheelita (Holme, 1986).Os coletores oxyhydryl têm sido utilizados para flotar cassiterita, mas já foram amplamente substituídos por outros reagentes, tais como ácidos arsonic e fosfónico e sulphosuccinamates (Broekaert et ai, 1984.; Collins et al, 1984;. Baldauf et al, 1985).Os coletores mais utilizados são do tipo de sulfydryl, onde o grupo polar contémenxofre bivalente (compostos tio). Eles são muito potentes e seletivos na flotação de minerais de sulfetos (Avotins et al., 1994). Os mercaptanos(Tióis) são os mais simples compostos tio, tendo a fórmula geral RS^- Na (ou K)^+, em que R é o grupo de hidrocarboneto. Eles têm sido utilizados comocoletores seletivos para alguns dos mais refratários minerais de sulfetos (Shaw, 1981). O coletor tiol mais amplamente utilizados são os xanthogenates (tecnicamente conhecidos como os xantatos) e os dithiophosphates(Coletores Aerofloat). 

Os xantatos são os mais importantes para flotação de sulfeto de mineral. Eles são preparados por reação de um hidróxido alcalino, um álcool e dissulfeto de carbono:

ROH + CS 2 + KOH = RO. CS. SK + H20 (12,4)

onde R é o grupo hidrocarboneto e contém normalmente de um a seis átomos de carbono, o mais amplamente xantatos utilizado vem de: etilo, isopropilo, isobutilo, amilo, e hexilo. Etilxantato de sódio é típico e tem a estrutura mostrada na Figura 12.7. O anion consiste de um radical hidrocarboneto não-polar e um grupo ligado polar. Embora o cátion (Sódio ou potássio) não desempenhe nenhum papel nas reações levando a hidrofobicidade mineral, tem sido mostrado (Ackerman et al., 1986) que o sódio na forma dos xantatos alquilo diminui em eficácia com a idade, provavelmente devido à absorção de água a partir da atmosfera, enquanto que os sais de potássio não são afetado por este problema.

Os ditiofosfatos contêm fósforo pentavalente no grupo polar, ao invés de carbono tetravalente (Figura 12.8).

A reação entre os minerais de sulfeto e os coletores sulfidrílicos é complexa e vários mecanismos têm sido propostos (Yoon e Basilio, 1993). Xantatos são assumidos para adsorver sobre superfícies minerais de sulfeto, devido às forças químicas entre o grupo polar e da superfície, resultando em insolúvel xantatos de metal, que são fortemente hidrofóbico.Mecanismos envolvendo a formação e adsorção de ácido xanthico, dixanthogen, etc, têm também sido propostos. Foi estabelecido que o sulfeto não será associado ao coletor aniônico sem a ação anterior do oxigênio. As solubilidadesde minerais de sulfeto na água são muito baixas, sugerindo que os sulfetos devem ser relativamente inertes na solução aquosa. No entanto, eles são termodinamicamente instáveis em presença de oxigênio e superfície de oxidação de S^2-, S2O3^2- e SO4^2- podem ocorrer, dependendo das condições de pH Eh. A Figura 12,9 mostra o diagrama Eh pH (Pourbaix) da galena. 

No potencial catódico, a superfície da galena é convertida para conduzir, e íons sulfeto passam para a solução. Sob condições anódicas (isto é, quando a redução catódica do oxigênio ocorre, por exemplo, 1/2O2 + h2o + 2e ---> 2OH-), o chumbo vai dissolver ou formar espécies de metal oxidado na superfície, dependendo do pH. (o chumbo perde elétrons para a redução do O2. injeta O²?).

A oxidação inicial de sulfeto conduz à formação de enxofre elementar, por exemplo, em solução de ácido:

com o seu equivalente em solução neutra ou alcalina:

A presença de enxofre elementar na superfície mineral pode conduzir a hidrofobicidade, e o mineral pode ser flotado na ausência de coletores,embora o controle destas condições redox seja difícil na prática. Geralmente a redução catódica do oxigênio é forte o suficiente para fornecer um número suficiente de elétrons dissipados pela oxidação do sulfeto na superfície mineral para espécie oxi-enxofre, que não são hidrofóbicos, e assim coletores são necessários para promover a flotação. Os produtos de oxidação são mais solúveis do que os sulfetos, e a reação de xantatos e outros coletores tióis com estes produtos por um processo de permuta de íons é o principal mecanismo de adsorção para a flotação de sulfetos (Shergold, 1984). Por exemplo, se a superfície do sulfeto oxida em tiossulfato, as seguintes reações pode ocorrer:

O xantato de metal insolúvel assim formado torna a superfície mineral hidrofóbica. No entanto, fortes condições oxidantes podem levar à formação desulfatos, por exemplo:

Apesar de sulfatos reagirem fortemente com xantatos, eles são relativamente solúveis em solução aquosa, e por isso não formam produtos com superfícies hidrofóbicas estáveis, os xantatos de metal formado tendem dimensionar-se fora do mineral.

As solubilidades dos xantatos hidrofóbicos de cobre, chumbo, prata e mercúrio são muito baixas, mas os xantatos de zinco e ferro são muito mais solúveis. Tipicamente, xantatos etílicos são apenas fracos coletores de esfalerita pura, mas a substituição de átomos da estrutura do cristal de zinco por cobre melhora as propriedades de flotação do mineral. O xantatos de metais alcalinos terrosos (cálcio, bário, magnésio) são muito solúveis e esses xantatos não desenvolvem ação de coletor sobre os minerais de tais metais nem sobre óxidos, silicatos, ou aluminossilicatos, o que permite flotação extremamente seletiva de sulfetos a partir de minerais de ganga.Xantatos são usados como coletores para minerais oxidados como malaquita cerussita, e anglesita e para metais nativos, tais como ouro, prata,e cobre. As concentrações relativamente elevadas são necessária com os minerais oxidados, e muitas vezes xantatos mais elevados, tais como amilo são os preferidos.Xantatos e compostos semelhantes tendem a oxidar com bastante facilidade, o que pode levar a complicações na flotação. Depois de alguns meses de armazenamento, eles desenvolvem um odor forte e uma cor mais intensa devidopara formação de "dixanthogen", por exemplo, com potássio etilxantato:

Dixanthogens e produtos semelhantes de oxidação são eles próprios coletores (Jones e Woodcock,1983), e sua formação pode levar à perda de seletividadee de controle em circuitos de flotação complexos.Xantatos também formam sais de metais insolúveis com íons de cobre, chumbo e outros metais pesados que podem estar presentes na suspensão, o que reduz a eficácia do coletor. Ao utilizar condições alcalinas, de preferência imediatamente após o circuito de moagem, estes íons de metais pesados podem ser precipitados como hidróxidos relativamente insolúveis.

 Condições alcalinas também inibem a quebra do xantato, a qual prossegue mais rapidamente quando o pH é baixado:

Com ácido xantico (HX) e íons de xantato em equilíbrio, o ácido xantico instável decompõe para álcool e dissulfeto de carbono.

Dithiophosphates não são tão amplamente usados como os xantatos, mas ainda são reagentes importantes na prática. Eles são comparativamente coletores fracos, mas dão bons resultados em combinação com xantatos. Eles são muitas vezes utilizados na separação de cobre de sulfetos de chumbo, como eles são eficazes coletores seletivos de minerais de sulfetos de cobre.Acredita-se que a repulsão de água transmitida para a superfície do mineral é devido à formação de um produto de oxidação do coletor ditiofosfato que adsorve na superfície do mineral. Assim, tal como com xantatos, a presença deoxigênio, ou de outro agente de oxidação, é essencial para flotação. Condições oxidantes fortes destroem substâncias hidrofóbicas e são, portanto, indesejáveis, enquanto oxidação da superfície mineral em si podeimpedir a adsorção do coletor.Hartati et al. (1997) descreveram as propriedades do monotiofosfato (MTP) e mostrou como esse coletor altera dramaticamente a propriedade de coletado ditiofosfato (DTP) quando um dos átomos de S foi substituído por um átomo de O particularmente na flotação de ouro em minérios de cobre pórfiro.Eles mostraram que o MTP conseguia seletividade na flotação de ouro contra a pirita em um ambiente alcalino.Várias revisões da interação entre xantatos e ditiofosfatos, outros coletores tiol, e suas misturas com mineral de sulfeto superfícies têm sido feitas (Klimpel, 1986; madeiras e Richardson, 1986; Aplan e Chander, 1987; Crozier, 1991; Adkins e Pearse, 1992; Bradshaw, 1997) uma lista dos coletores tio comuns édado na Tabela 12.2, incluindo as referências que fornecem mais detalhes sobre estes extremamente importantes reagentes.

Tabela 12,2 Comuns coletores tiol e seus usosO-alquilo dithiocarbonates (Xantatos)

Reagentes quelantes têm potencial como coletores na flotação, em virtude da sua capacidade para formar estáveis compostos seletivos com os cátions presentes nas superfícies minerais (Somasundaran et al, 1993;. Marabini,1994). Eles são específicos complexos reagentes que consiste em moléculas orgânicas grandes capaz de ligar-se ao íon de metal através de dois ou maisgrupos funcionais. No entanto, apesar de várias tentativas bem-sucedidas em escala de laboratório para demonstrar a sua eficácia, o número de plantas comerciais usando estes reagentes é relativamente insignificante,principalmente devido ao seu custo proibitivo.

Coletores_catiônicosA propriedade característica deste grupo de coletores é que a repulsão da água é produzida pelo cátion onde o grupo polar é baseado em nitrogênio pentavalente, as aminas (Figura 12,10), sendo a mais comum (Gefvert, 1986; Zachwieja, 1994).Os anions de coletores deste tipo são normalmente halogênios, ou, mais raramente, hidróxidos, que não são ativos na reação com minerais.

Ao contrário dos xantatos, as aminas são considerados para adsorver sobre superfícies minerais principalmente devido à atração eletrostática entre a cabeça polar do coletor e a dupla camada elétrica da superfície mineral. Tais forças não são tão fortes ou irreversíveis como a força característica do produto químico dos coletores aniônicos, assim estes coletores tendem a ser relativamente fracos na força de coleta.Coletores catiônicos são muito sensíveis ao pH do meio, sendo mais ativos em soluções um pouco ácidas e fortemente inativos em condições médias de alcalinidade e acidez. Eles são utilizados para os óxidos, carbonatos, silicatos, e metais alcalino-terrosos, tais como barita, carnalita e silvinita. As aminas primárias (isto é, aquelas em que apenas um grupo hidrocarboneto está presente com dois átomos de hidrogênio) são coletores fortes da apatita e podem flotar seletivamente fosfatos sedimentares de minérios calcários. O requisito de coletor pode ser reduzido pela adição de um não-polar reagente tal como o querosene, o qual é co-adsorvido sobre a superfície mineral. Uma vez que o potencial zeta de ambos apatita e dolomita são negativos no respectivointervalo de pH, a flotação seletiva do fosfato não pode ser interpretada somente pelo modelo de adsorção eletrostática, e evidência experimental parainteração química foi apresentada (Soto e Iwasaki, 1985).

Espumantes (Frothers)Espumantes são adicionados para estabilizar a formação de bolhasna fase de pasta de papel, para criar uma estável razoavelmenteespuma para permitir a drenagem selectiva de a espumade ganga arrastado, e para aumentar a flotaçãocinética. A importância da fase de espuma paradesempenho de flotação está sendo cada vez mais reconhecidae os fatores que afetam a estabilidade da espuma sãosendo amplamente pesquisado (Harris 1982; Meloe Laskowski 2003, 2005; Hatfield et al, 2004.;Barbian et al., 2005).Prática planta envolvendo espumantes tem sidorevisadas por Crozier e Klimpel (1989).Espumantes são em muitos aspectos quimicamente semelhantesaos coletores iônicos e, de fato, muitos doscoletores, tais como oleatos, são poderosos espumantes,sendo, de facto, muito poderoso para ser usado como eficienteespumantes, uma vez que as faz espuma que elas produzem podeser demasiado estável para permitir o transporte eficaz para promoverprocessamento. Espuma construir-se sobre as superfícies dos espessantese excessiva formação de espuma de células de flotação sãoproblemas que ocorrem no processamento mineral muitosplantas. Um batedor de bom deve ter insignificantecoleta de poder, e também produzir uma espuma que

é apenas estável o suficiente para facilitar a transferência de flotarmineral da superfície da célula para a recolhalavar.Espumantes são geralmente heteropolar tensio-activoreagentes orgânicos, capazes de ser adsorvido naar-água interface. Quando tensio-activos de moléculasreagem com a água, os dipolos água combinar prontamentecom o polar grupos e hidrato de eles, mas háhá praticamente nenhuma reação com o hidrocarboneto não-polargrupo, sendo a tendência para forçar este últimopara a fase de ar. Assim, a estrutura heteropolarda molécula de bocal conduz à sua adsorção,ou seja, as moléculas de se concentrar na superfíciecamada com os grupos não-polares voltadas parao ar e os grupos polares para a água(Figura 12,11).277 FlotaçãoÁguaFigura 12.11 Ação do bocall PolarNão-polarEspumar acção é assim devido à capacidade dobocal para adsorver sobre a interface ar-água porqueda sua actividade de superfície e para reduzir a superfícietensão, estabilizando assim a bolha de ar.Espumantes deve ser, em certa medida solúvel em água,caso contrário, eles seriam distribuídos de forma muito desigualnuma solução aquosa ea sua tensio-activopropriedades não seria totalmente eficaz. O maisespumantes eficazes incluem em sua composição umados seguintes grupos:Hidroxila OH ~_J Carboxila\OHCarbonila --- C - OGrupo aminoSulfo grupoNH 2OSO2OH, mSO2OHOs ácidos, aminas e álcoois são os maissolúvel dos espumantes. Os álcoois (~ OH) sãoo mais utilizado, uma vez que não têm praticamentenenhuma propriedade de coletores e, a este respeito sãopreferível espumantes, tais como os carboxilos eque são também potentes coletores; a presença

de coleta e espumar propriedades na mesmareagente pode fazer flotação seletiva difícil.Espumantes com um grupo amino e sulfo certogrupo Batedors também têm propriedades coletor fracos.Pine óleo, o qual contém álcoois aromáticos, omais ativo componente de espuma sendo terpineol,C10H17OH, tem sido amplamente utilizada como um bocal.Cresol (ácido cresílico), CH3C6H4OH, teve tambémampla utilização.Uma grande variedade de espumantes sintéticos, baseado principalmenteem elevados peso molecular álcoois, estão agora em usoem muitas plantas. Eles têm a vantagem importanteem relação aos produtos industriais, tais como óleo de pinho ecresol em que as suas composições são muito maisestável, o que torna mais fácil controlar a flotaçãoprocesso e melhora o desempenho. Um amplamente utilizadobocal álcool sintético é metil isobutil carbinol(MIBC). Outra gama de espumantes sintéticos sãocom base em éteres de poliglicol, e foram encontrados paraser muito eficaz. Eles são comercializados sob váriasnomes, tais como Cytec Oreprep 549 e CytecAerofroth 65. Espumantes base de poliglicóis sãotambém usado, e não é incomum para misturar todos os trêsquímica grupos-álcoois, éteres de poliglicol, epoliglicóis - em conjunto para proporcionar um bocal específicopara um circuito de flotação em particular (Riggs, 1986).Os grupos álcool fornecer um selectiva, muitas vezesespuma, frágil, que permite um bom controle e materiaisTransferência por intermédio da lava e bombas. Ogrupo de éter glicol é mais forte, com mais persistênciado que os grupos álcool, enquanto que os poliglicóissão as mais fortes espumantes activos de superfície utilizados.Eles são muito eficazes na maximização de suporte de cargacom grinds grosseiro e alimentos de alto grau, em todos os pHintervalos.Embora espumantes são geralmente tensio-activoreagentes, tem sido mostrado que a superfície-inactiveOs reagentes, tais como álcool de diacetona e acetal de etilo,comportar-se como espumantes em sólido-líquido-sistemas de ar,embora não em duas fases líquido-ar sistemas(Lekki e Laskowski, 1975). Moléculas destesreagentes têm dois grupos polares e estão prontamentesolúvel em água. Eles adsorver sobre superfícies sólidasmas não se alteram significativamente a sua hidrofobicidade.Quando a superfície mineral, no qual a superfíciebocal inativo é adsorvido, é abordado por um

bolha de ar, as moléculas de reorientar e produzir umsuficientemente estável espuma de três fases. Ser superfícieinactiva, estes reagentes não reduzir a superfícietensão, e para além da ligeira redução devidopara coletores, as forças disponíveis para a flotação sãomantido a sua máxima.ReguladoresReguladores, ou modificadores, são usados extensivamente emflotação para modificar a acção do colector, queratravés da intensificação ou reduzindo a sua água-repelenteefeito sobre a superfície mineral. Eles, portanto, fazercoletor ação mais seletiva em certasminerais. Reguladores podem ser classificados como ativadores,depressores, ou modificadores de pH.Tecnologia 278 Wills de Processamento MineralAtivadoresEstes reagentes alterar a natureza química do mineralsuperfícies de modo a que eles se tornam hidrofóbico devido àa ação do coletor. Activadores são geralmentesais solúveis que ionizam em solução, os ions, em seguida,reagir com a superfície mineral.Um exemplo clássico é a ativação da esfaleritapor cobre em solução. Esfalerite não é satisfatoriamente flutuadopor um colector de xantato, uma vez que o colectorprodutos formados, tais como xantato de zinco, são relativamentesolúvel em água, e assim não fornecemuma película hidrófoba em torno do mineral. Flutuabilidadepode ser melhorado pelo uso de grandes quantidadesde cadeia longa xantatos, mas uma mais satisfatóriosmétodo é a utilização de sulfato de cobre como um activador,que é facilmente solúvel e dissocia-se emíons de cobre em solução. A activação é devido àformação de moléculas de sulfeto de cobre nasuperfície mineral, devido ao facto de que o cobre é maiselectronegativo que o zinco e, portanto, ioniza menosprontamente:ZnS + Cu 2 + ~ CuS - 1 - 2 + Zn (12.11)O sulfeto de cobre depositado sobre a esfaleritesuperfície reage prontamente com xantato para formar insolúvelxantato de cobre, que torna a esfaleritahidrofóbica superfície. Trabalhos recentes, no entanto,sugere que este mecanismo de permuta de ions simplespode ser simplificada, e Wang et al. (1989a, b)propor um modelo baseado na oxidação da superfície deo mineral e redução do activador, a superfícieprecipitação do hidróxido de activador e um misto

mecanismo potencial.O principal uso do sulfato de cobre como um ativadorestá na flotação diferencial de chumbo-zinco minérios,onde após flotação de chumbo a esfalerita é ativadoe flutuou. Em certa medida, os íons de cobre também podeactivate galena, calcita e pirita. Quando esfaleritaestá associado com pirita ou pirrotita, a seletividade énormalmente assegurada pela elevada alcalinidade (pH 10,5-12)da polpa, cal sendo adicionado em conjunto como sulfato de cobre activador.Minerais oxidados de chumbo, zinco e de cobre, taiscomo cerussite, smithsonite, azurite, e de malaquite,flotar muito ineficiente com coletores sulfidrílicose requerem uma quantidade extremamente grande, comoions de metais pesados dissolvidos a partir da treliça mineraldeve ser precipitado como xantato de metal antes docolector interage com o mineral. Absorçãona superfície mineral é também pobre, o colectorrevestimento sendo prontamente removido por abrasão das partículas.Tais minerais são activados pela utilização desulfeto de sódio ou sódio sulfidrato (Fuerstenauet ai, 1985;. Malghan, 1986). Grandes quantidadesde até 10kgt -1 de tais "sulphidisers" podeser necessária, devido às solubilidades relativamente elevadasdos minerais oxidados.Em solução, hidrólises de sulfeto de sódio e em seguidadissocia:Na2S + 2H20 + - ~ 2NaOH + H2SNaOH do ~ do ~ - Na + + OHH2S+ + H + + HSHS-+ - ~ H + + S 2 -(12.12)(12.13)(12.14)(12.15)Uma vez que as constantes de dissociação de Equações12,14 e 12,15 são extremamente baixos e queda Equação 12,13 é elevada, a concentração deÍons OH-aumenta a uma taxa mais rápida do que a deIons de H + e de polpa torna-se alcalina. Hidrólisee dissociação de sulfeto de sódio de libertação OH-,S 2 -, e HS-ions em solução e estes podem reagire modificar as superfícies minerais. Sulfetaçãofaz com que os ions de enxofre para passar para o cristalestrutura dos minerais oxidados, dando-lhes uma relativamenterevestimento de superfície insolúvel pseudo-sulfeto

e permitindo-lhes ser lançada por sulfidrilcoletores. Por exemplo, no sulphidisation decerussite, as seguintes reações ocorrem:Na2S + H20 ~ naris + NaOH (12,16)PBCO 3 + H20 = 3NaOH-k-3 q NazCO - NaHPbO 3(12.17)Naris + 2 = NaHPbO 2NaOH + PbS (12.18)ouNa2S + PBCO 3 = Na2CO 3 + PBS (12,19)A quantidade de sulfeto de sódio adicionado àpolpa deve ser rigorosamente controlados, como é umdepressor muito poderosa para sulfeto de mineraise, se em excesso, pressione o ativadominerais de óxido, impedindo adsorção de coletores.A quantidade requerida é dependente da polpaalcalinidade, como um aumento no pH provoca Equações12,14 e 12,15 para prosseguir para olutar, produzir mais e HS-S 2 - íons. ParaEspuma de flotação 279este sulfidrato de sódio a razão é por vezespreferido de sulfeto de sódio, como o primeiro nãohidrolisar e, portanto, aumentar o pH. A quantidadede sulphidiser adicionada deve ser suficiente para apenasproduzir uma película coerente de sulfeto no mineralsuperfície, xantato que tal pode ser adsorvida. Comum aumento no sulphidiser além que o requerido paraativação, as concentrações de sulfeto e sulfidratoíons de aumento. O HS-íons facilmenteadsorver nas superfícies minerais, dando-lhes umacarga negativa elevada, e prevenir a adsorção dosos ânions coletor. Sulfeto de sódio em excesso tambémremove o oxigênio da polpa:Na2S - + - 202 - Na2SO 4 (12.20)Uma vez que o oxigénio é necessária na polpa para oadsorção de coletores sulfidrílicos em sulfetosuperfícies, a eficiência de flotação é reduzida.Na flotação de sulfeto de mistos-oxidados minérios,os minerais de sulfeto são geralmente flutuado primeiro,antes sulphidisation das superfícies oxidadas. Esteimpede a depressão de sulfetos por sódiosulfeto eo sulphidiser é subsequentemente adicionadoà polpa em estágios, em níveis de fome. TemRecentemente, foi sugerido (Zhang e Poling, 1991)que os efeitos prejudiciais de sulfidrato residualpode ser eliminada pela adição desulfato de amónio com o sulfidrato. Usar

do sulfato de amónio relativamente baratoparece reduzir o consumo do muitomais caro agente sulphidising e aumentao efeito ativador de íons sulfidrato.Zhou e Chander (1991) sugeriram aindaque tetrasulphide de sódio pode ser superior àsulfeto de sódio em termos de resposta de flotação, epropor mecanismos para as reações.DepressoresA depressão é utilizado para aumentar a selectividade daflotação, tornando certos minerais hidrofílico(Água-ávido), impedindo assim a sua flotação. Elessão a chave para a flotação econômica de certos minériostais como sulfetos de platina e níquel.Existem muitos tipos de depressores e suaações são complexas e variadas, e na maioria dos casosnão é totalmente compreendido, tornando mais difícil a depressãode controlar do que a aplicação de outros tiposde reagente, particularmente quando a fase de espuma é tambémafetados por sua ação (Bradshaw et al., 2005).Lodo de revestimento é um exemplo de uma ocorrência naturalforma de depressão. Limos num esmagado eminério moído fazer flotação difícil, pois eles cobremas partículas minerais, retardando colector de adsorção(Parsonage, 1985). O tamanho de partícula em que estesefeitos tornam-se depends significativos sobre a flotaçãosistema, mas em partículas gerais abaixo de 20 micronssão potencialmente deletéria, e alguma forma de deslamagemgeralmente é realizada antes da flotação,resultando em uma inevitável perda de valores de lodo.Às vezes lodo pode ser removido a partir do mineralsuperfícies por agitação vigorosa, ou um dispersante limopode ser usado. O silicato de sódio em solução aumentaa carga de camada dupla em partículas, de modo que ocamadas de lodo que formaram prontamente dispersar.A superfície mineral limpo pode interagir como coletor. A este respeito, portanto, de sódio, silicatoé usado como um activador, prevenção da depressãopelo limos. O silicato de sódio é também utilizado como umdepressor em alguns sistemas, sendo um dos maisamplamente utilizado agentes reguladores na flotação denão-sulfeto de minerais, tais como scheelita, calcite,e fluorita. Oleato de sódio é o colector principal naa flotação destes minerais, mas a selectividade ema separação de scheelita de calcite e fluoriteé muitas vezes inadequada. O silicato de sódio, por conseguinte, tem

sido utilizados para melhorar a selectividade. Shin e Choi(1985) examinaram o mecanismo de adsorçãode silicato de sódio e sua interação com estesminerais.Depressores inorgânicosCianetos são amplamente utilizados na flotação selectivade chumbo-cobre-zinco e cobre-zinco como minériosdepressivos para pirita, esfalerita, e certasulfetos de cobre. Rejeição esfalerita de cobreconcentra-se muitas vezes é de grande preocupação, tal como o zinco é umelemento pena em fundição de cobre.É bastante bem estabelecido que puro esfalerite limponão adsorvem de cadeia curta xantatos atésua superfície é ativado por íons de cobre (equação12.11). No entanto, os ions de cobre resultantedissolução muito ligeiro de minerais de cobre apresentarno minério pode causar a activação não intencional eevitar a separação seletiva. Cianeto é adicionado àa polpa para dessorver o cobre de superfície e de reagircom o cobre em solução formando solúvel cianetocomplexos. Cianeto de sódio é o mais vulgarmenteusado, o qual hidrolisa em solução aquosa paraTecnologia 280 Wills de Processamento Mineralformar hidrogênio alcalino e relativamente insolúveis livrecianeto:NaCN + H20 + - ~ HCN + NaOH (12,21)Os cianeto de hidrogênio se dissocia em seguida "HCN + - ~ H + + CN-(12,22)A constante de dissociação da Equação 12,22é extremamente baixa comparada com a da Equação12,21, de modo que um aumento na alcalinidade polpareduz a quantidade de HCN livre, mas aumentaa concentração de ions de CN. Uma polpa alcalinaé essencial, como o hidrogênio cianeto livre é extremamenteperigoso. A função principal do alcalino,no entanto, é o de controlar a concentração de cianetoions disponíveis para dissolução do cobre paracupro-cianeto:13CN-+ Cu 2 + + - ~ [Cu (CN) 21 - + ~ C2N2 (12.23)Para além das reacções de cianeto de metal comions em solução, pode reagir com xantatos de metalpara formar complexos solúveis, impedindo xantatoadsorção na superfície mineral, embora estenão pode ocorrer até que os ions metálicos em solução têmforam complexados, de acordo com a Equação 12,23.

Assim, se Cu 2 + são ions em solução, a prevençãode xantato de adsorção não pode ocorrer a menosa proporção de NC-ions para íons Cu 2 + é maiordo que 3:1. A maior solubilidade a do metalxantato de cianeto, o menos estável é o apegodo colector para o mineral. Tem sidomostraram que xantatos de chumbo têm solubilidades muito baixasem cianeto, cobre xantatos são bastante solúvel,enquanto que os xantatos de zinco, níquel, ferro, ouro esão altamente solúveis. Ferro e zinco pode, portanto,ser muito facilmente separado do chumbo no complexominérios. Na separação de calcopirite de esfaleritee pirite controle, muito perto do ião cianetoconcentração é necessária. Cyanide deve ser adicionadosuficientemente apenas para os complexos os ions de metais pesadosem solução, e para solubilizar o zinco e ferroxantatos. O excesso de formas de cianeto complexos solúveiscom o xantato de cobre ligeiramente menos solúvel,deprimindo a calcopirita.O efeito depressivo de cianeto dependea sua concentração e da concentração docolector e do comprimento da cadeia de hidrocarboneto.A cadeia mais longa, maior é a estabilidadedo xantato de metal em soluções de cianeto equanto maior a concentração de cianeto necessáriapara deprimir o mineral. Concentrações relativamente baixasde xantatos com cadeias de hidrocarbonetos curtassão, portanto, utilizados para a flotação selectiva ondecianetos são utilizados como depressores.Cianetos são, é claro, extremamente tóxicos edevem ser manuseados com muito cuidado. Eles também têm adesvantagem de ser caro e deprimeme dissolver ouro e prata, reduzindo a extracçãodestes metais dentro do produto de espuma. Apesar destesdesvantagens, que são amplamente utilizados devido à suaelevado grau de selectividade em flotação. Eles tambémtêm a vantagem de deixar a superfície mineralrelativamente pouco afetado ativação, para que posteriormenteé relativamente simples, embora residuais íons cianetoem solução pode interferir com o activador.Enquanto muitas plantas funcionem de forma eficiente comcianeto sozinho, em outros um reagente adicional,sulfato de zinco, geralmente, é adicionado para assegurar satisfatóriadepressão de esfalerita. Se os íons de cobre sãoActualmente, a introdução de ions de zinco pode impediro cobre depositar sobre a superfície esfalerite por

deslocando Equação 12,11 para a esquerda.No entanto, outras, mais complexas reações ocorrempara auxiliar a depressão e é considerado que o cianetoreage com o sulfato de zinco para formar cianeto de zinco,que é relativamente insolúvel, e precipita noa superfície esfalerite, tornando-o hidrófilo eprevenção adsorção de coletores:ZnSO 4-t-2NaCN = Zn (CN) 2 + Na2SO 4 (12,24)Em um hidróxido de zinco celulose, alcalino, o qualadsorve ions de cobre, é também formada e éprecipitada sobre a superfície esfalerite, impedindocolector de adsorção.