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reagentes, mineração, química
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FLOTAÇÃO
Profa Elenice SchonsEngenharia de Minas - UFG
AULA 2 – Reagentes de flotação
INTRODUÇÃO
� Os reagentes são a mais importante parte doprocesso de flotação, pois de sua escolhaadequada depende o rendimento do materialflotado.
� A classificação moderna dos reagentes sebaseia na função de um reagente emparticular.
INTRODUÇÃO
� Basicamente, os reagentes são divididos em:� Coletores;
� Espumantes;
� Reguladores;
� Depressores.
INTRODUÇÃO
� Coletores : pertencem ao grupo decompostos orgânicos.
� Sua função é formar, seletivamente, umacamada hidrofóbica de uma dada superfíciemineral.
INTRODUÇÃO
� De acordo com as características do coletorde se dissociar ou não em água, podem serdivididos em:� Coletores iônicos: consistem em moléculas
orgânicas heteropolares. Podem ser catiônicos ouaniônicos:� Aniônicos: são frequentemente classificados em coletores
oxidril e sulfidril, baseado na sua propriedade solidofílica;
� Catiônicos: são compostos orgânicos em que o radicalhidrocarboneto é protonizado, principalmente do grupo dasaminas (RNH2 – amina primária).
INTRODUÇÃO
� Coletores não-iônicos: são também divididosem dois grupos:� Primeiro: são reagentes que contêm enxofre
bivalente;
� Segundo: contém hidrocarbonetos oleosos não-polares.
INTRODUÇÃO
� Espumantes : são compostos tensoativosheteropolares que diminuem a tensãosuperficial da água e tem a habilidade deadsorver na interface ar-água.
� Sua presença na fase líquida aumenta aresistência do filme líquido da bolha de ar,proporcionando melhor fixação das partículashidrofóbicas às bolhas.
INTRODUÇÃO
� Espumantes :� A efetividade de alguns espumantes depende do
pH da polpa;
� Sua performance é maior quando está na formamolecular.
INTRODUÇÃO
� Espumantes :� Exemplo: o cresol, em elevados pH’s, se
transforma em um composto ionizado, o qual nãoatua como um espumante.
INTRODUÇÃO
� Baseando-se na efetividade dos espumantespara diferentes valores de pH, os mesmospodem ser divididos em:� Ácidos;
� Alcalinos;
� Neutros (quando seu poder espumanteindepende do pH da polpa).
INTRODUÇÃO
� Os espumantes ácidos pertencem a dois gruposprincipais:� Fenóis (cresol)� Alquilsulfonatos
� A maioria dos espumantes são do tipo neutro, os quaissão divididos nos seguintes grupos:� Álcoois cíclicos� Álcoois alifáticos� Glicóis
INTRODUÇÃO
Dodecil sulfato de sódio (Alquilsulfonato)
C4H9OHButanol (Álcool alifático)
Etilenoglicol
INTRODUÇÃO
� Reguladores : ativadores, depressores ereguladores de pH.
� O principal objetivo desses reagentes émodificar a ação do coletor na superfíciemineral e auxiliar na seletividade do processode flotação.
INTRODUÇÃO
� Em alguns casos, um regulador reage diretamente coma superfície mineral (sulfato de cobre com esfalerita) eprovê condições de interação do mineral com o coletor:ativadores .
� Alguns reguladores podem reduzir as condições dehidrofobização de um mineral específico com o coletorou podem tornar a supercície mineral hidrofílica:depressores .
� Depressores e coletores podem ser compostosorgânicos ou inorgânicos.
INTRODUÇÃO
� O terceiro grupo de modificadores são osreguladores de pH, cujo objetivo é controlar acomposição iônica da polpa alterando aconcentração de íons hidrogênio.
COLETA
� A propriedade de um determinado reagentetornar seletivamente hidrofóbicos determinadosminerais é devida à concentração dessereagente na superfície desses minerais.
� Isto é, o reagente se deposita seletivamente nasuperfície mineral, recobrindo-a, de modo quefique sobre a superfície da partícula um filme dasubstância.
COLETA
� Para que isso ocorra é necessário que amolécula da substância pura migre do seio dasolução para a superfície da partícula e aí sedeposite.
� Assim, quando aparecerem as bolhas de ar, asuperfície que a partícula mineral apresenta aelas não é mais a sua superfície própria, massim uma nova superfície, revestida dessasubstancia hidrofóbica.
COLETA
� Mecanismo que ocorre com as partículas:� As moléculas na solução são atraídas para as
vizinhanças da partícula;
� São adsorvidas na superfície da partícula;
� Reagem com as moléculas ou íons da suasuperfície (penetram em sua estrutura).
COLETA
� A substância capaz de adsorver à superfíciedo mineral e torná-la hidrofóbica é chamadade coletor e o mecanismo de adsorção egeração de hidrofobicidade é denominadocoleta .
COLETORES
� Os coletores são classificados comocompostos orgânicos anfifílicos ouanfipáticos.� Exemplo:
COLETORES
� A estrutura e a composição dos coletoresdeterminam sua atividade em relação aosdipolos da água.
� No processo de adsorção do coletor nasuperfície mineral, o grupo apolar do coletor seorienta em relação à fase aquosa e o grupopolar se orienta em relação à superfície mineral,tornando o mineral hidrofóbico.
COLETORES
� Quando um coletor se dissocia em cátions eânions, pode ser chamado de:� Íon repelente ativo
� Íon não repelente ou não ativo
COLETORES
� A estrutura do íon repelente sempreapresenta um radical hidrocarboneto, o qualtorna o mineral hidrofóbico.
� Esses radicais não existem na forma livre enão se ligam à superfície mineral.
COLETORES
� O radical inclui um outro grupo de átomosligados ao radical carbono, que faz umaligação entre o radical ea superfície domineral. Este grupo conector é chamado degrupo “solidofílico”.
COLETORES
� O efeito hidrofóbico do coletor é diretamenterelacionado com a força e a estrutura do radicalhidrocarboneto, enquanto o efeito do gruposolidofílico depende:� Da natureza da reação com a superfície do mineral;
� Da força da ligação;
� Da seletividade, a qual depende da composição eestrutura do grupo solidofílico.
COLETORES
� Os coletores podem ser classificados em doisgrupos:� Compostos ionizáveis: que se dissociam em íons
em solução aquosa;
� Compostos não-ionizáveis: são compostos nãopolares, principalmente hidrocarbonetos insolúveisem água. Esses reagentes tornam a superfíciemineral hidrofóbica devido à deposição de um finofilme sobre a superfície mineral.
COLETORES
� O grupo dos coletores ionizáveis se divideem:� Coletores aniônicos
� Coletores catiônicos
COLETORES
COLETORES
COLETORES OXIDRIL
� Pertencem ao grande grupo de coletoresaniônicos, com muitas aplicações industriais.
� Recentemente, um grande número de novoscompostos têm sido desenvolvidos, algunsdos quais são extremamente importantes naflotação de tantalita ((Fe, Mn)(Ta, Nb)2O6),nióbio e minerais de titânio.
COLETORES OXIDRIL
COLETORES OXIDRIL
� Os coletores oxidril são usadosprincipalmente na flotação de:� Silicatos
� Carbonatos
� Óxidos
CARBOXILATOS
� São coletores oxidril amplamente utilizadosindustrialmente, embora sua seletividade para aganga seja baixa.
� A eficiência do processo depende do preparo dapolpa, do pH e da utilização de depressores.
� Exemplos típicos: ácido oleico, oleato de sódio,ácidos graxos sintéticos, tall oils e alguns derivadosoxidados do petróleo.
CARBOXILATOS
� Os ácidos graxos são preparados a partir deóleos animais e vegetais, na presença de umálcali, conforme a reação:
CARBOXILATOS
CARBOXILATOS
� Diferentes ácidos graxos utilizados comocoletores consistem de uma mistura de:� Ácido oleico� Ácido linoleico� Ácido palmítico� Ácido esteárico
e são chamados de tall oils.
CARBOXILATOS
� Ácidos graxos e tall oils são amplamenteutilizados na flotação de fosfatos, minerais delítio (espodumênio), silicatos e mineraisterras-raras (monazita).
� Para esses minerais a separação gravíticanão é possível devido ao pequeno tamanhodas partículas.
ALQUIL SULFATOS
� São derivados do ácido sulfúrico onde umátomo de hidrogênio foi substituído por umradical hidrocarboneto.
� Alquil sulfato de sódio é geralmente utilizadocomo coletor.
ALQUIL SULFATOS
� Os alquil sulfatos (ou sulfatos de alquila) sãoadequados para a flotação da barita (BaSO4)e outros minerais que contenham enxofre,incluindo:� Celestita (SrSO4)� Cainita (KCl.MgSO4.3H2O)� Gipsita (CaSO4.2H2O)� Anidrita (CaSO4)
SULFONATOS
� Estes coletores têm um grupo solidofílicosimilar aos sulfatos de alquila, exceto que oradical hidrocarboneto está diretamenteligado ao enxofre ao invés do oxigênio.
SULFONATOS
� Na prática, os sulfonatos são preparados eproduzidos pelo tratamento de frações depetróleo com ácido sulfúrico e remove-se alama formada durante a reação, seguida daextração do sulfonato e purificação.
� A purificação consiste na remoção de saisinorgânicos.
HIDROXAMATOS
� Coletores do tipo hidroxamatos são obtidospela síntese do ácido alquilhidroxâmico.
� Existem três estruturas básicas das quais oshidroxamatos são sintetizados:
HIDROXAMATOS
� R1 é usualmente um ligante orgânico (alquil,acetil e benzoil).
� R2 e R3 podem ser orgânicos ou inorgânicos.
HIDROXAMATOS
� Apesar de extenso trabalho de pesquisasobre a aplicação dos hidroxamatoscomo coletores de flotação para malaquita,bastnaesita e para a flotação de titanatose pirocloro, a única aplicação comercial dehidroxamato foi alcançada com ohidroxamato russo IM50 e compostossimilares produzidos na China.
SULFOSUCCINATOS ESULFOSUCCINAMATOS
� Os sulfosuccinatos são derivados dos ácidoscarboxílicos e succínico e são usualmenteutilizados na forma de sais de sódio.
� O succinato tipicamente mais utilizado naflotação é o tetra-sódio N-(1,2dicarboxietil)-N-octodecil-sulfosuccinato.
� São utilizados na flotação da cassiterita.
SULFOSUCCINATOS ESULFOSUCCINAMATOS
� A estrutura típica de um sulfosuccinamato é:
ÁCIDO FOSFÔNICO
� Esse coletor foi desenvolvido recentemente efoi utilizado inicialmente como coletorespecífico para a cassiterita com composiçãomineral de ganga complexa.
� A estrutura típica do ácido estireno fosfônicoé:
ÉSTERES DO ÁCIDOFOSFÓRICO
� As fórmulas gerais dos ésteres do ácidofosfórico são:
ÉSTERES DO ÁCIDOFOSFÓRICO
� Eles podem ser considerados como coletoresfortes e podem ser utilizados em meioalcalino (flotação da apatita e sheelita) e emmeio ácido para a flotação de minerais detitânio (ilmenita, rutilo e perovskita).
SULFIDRIL
� Coletores sulfidril são chamados tióis.
� São compostos que contêm o grupo – SHligados a um radical orgânico.
� Se o sulfidril está ligado a um átomo decarbono, o tiol é chamado de mercaptana.
SULFIDRIL
SULFIDRIL
SULFIDRIL
� Mercaptanas :� São os mais simples coletores do grupo tiol e são
derivados de álcoois (ROH), onde o O ésubstituído pelo S (RSH).
� O termo “mercaptana” vem de sua capacidade deformar compostos de mercúrio insolúveis emágua.
SULFIDRIL
� Mercaptanas :� São facilmente oxidadas a dissulfetos, de acordo
com a reação:
2RSH →→→→ RSSR + 2H+ + 2e-
� São utilizadas como coletores na flotação demolibdênio, sulfetos auríferos e enargita(Cu3(As,Sb)S4).
S e N DERIVADOS DO ÁCIDOCARBÔNICO
� São os coletores mais estudados erepresentam uma importante classe decoletores na flotação de minerais sulfetados.
� O enxofre-sulfidril pode estar ligado ao ácidocarbônico de muitas maneiras, de acordocom a tabela seguinte.
continua
continua
S e N DERIVADOS DO ÁCIDOCARBÔNICO
� Xantatos e ácido xântico :� São os mais importantes coletores para os minerais
sulfetados e os óxidos (óxido de cobre, chumbo ezinco).
� São um produto do ácido carbônico em que doisátomos de O são substituídos pelo S e um grupoalquil substitui um átomo de H:
DITIOFOSFATOS
� Ácidos aril e alquil ditioforfóricos e seus saisalcalinos são amplamente utilizados comocoletores de sulfetos e são conhecidos comoAerofloats .
� A fórmula geral dos ditiofosfatos é:
• R é um radical hidrocarboneto alifático ou aromático e Me: metal alcalino.
COLETORES CATIÔNICOS
� São compostos orgânicos que apresentamuma carga positiva quando em soluçãoaquosa.
� O elemento comum a todos os coletores é onitrogênio com um par de elétronsdesemparelhados:
COLETORES CATIÔNICOS
� Os radicais ligados ao N são usualmente Hou um hidrocarboneto.
� Dependendo do no de H substituídos, pode-se classificar a amina em I) primária; II)secundária e III) terciária:
COLETORES CATIÔNICOS
COLETORES CATIÔNICOS
COLETORES CATIÔNICOS
AMINAS GRAXAS
� São, normalmente, aminas normais alifáticascom o grupo alquila contendo de 8 a 22carbonos.
� As aminas graxas podem variar de trêsmaneiras:� Comprimento da cadeia carbônica� Saturação dos grupos alquila� No de grupos alquila ligados ao nitrogênio
AMINAS GRAXAS
� As principais características das aminasgraxas são:� Cáustica/corrosiva para a pele;
� Têm baixa solubilidade em água em sua formamolecular;
� Alta solubilidade em água e baixa volatilidadequando na forma protonada.
AMINAS GRAXAS� As aplicações mais importantes das aminas na
indústria mineral são:� Coletores de flotação em uma ampla região de pH
(pH 1,5 – 11).� Agentes emulsificantes de ácidos graxos para
melhorar o desempenho da flotação;� Matéria-prima para a preparação de alguns coletores
aniônicos;� Depressora.
REAGENTES NÃO-IONIZADOS
� Reagentes não-ionizados ou apolares podemser classificados como reagentes que não seionizam ou são insolúveis em soluçãoaquosa.
� São hidrocarbonetos líquidos obtidos deóleos crus ou de carvão e portanto, nãoapresentam composição química definida.
REAGENTES NÃO-IONIZADOS
� Não interagem com os dipolos da água oucom a superfície mineral.
� Acredita-se que sua adsorção na superfíciemineral é devida à adesão.
� São rapidamente adsorvidos em mineraisnaturalmente hidrofóbicos, tais como: grafita,enxofre elementar e molibdenita.
ESPUMANTES
� São compostos heteropolares que contêmum grupo polar (OH, COOH, CO, OSO2 eSO2OH) e um radical hidrocarboneto.
� São capazes de adsorver na interface água-ar, orientando-se da seguinte maneira:� A fase polar orienta-se em direção à água e a
fase apolar orienta-se na direção da fase gasosa.
ESPUMANTES
� A concentração dos espumantes na interfaceágua/bolhas de ar forma um envelope aoredor das bolhas, impedindo que as mesmascolidam ou se toquem.
� Diminuem a tensão superficial da água,prevenindo o rompimento da bolha.
ESPUMANTES
� O volume de espuma gerado na máquina deflotação em condições padrão de operação échamado de “poder espumante” .
� O poder espumante é influenciado pelo tipode coletor e espumante utilizados.� Exemplo:
� O poder espumante aumenta com o número de átomos decarbono no radical hidrocarboneto até 6 ou 7;
� Cai drasticamente quandoa cadeia tem mais de 8 átomos de carbono.
CLASSIFICAÇÃO DOS ESPUMANTES
� Existem várias classificações diferentes dosespumantes dependendo das suaspropriedades e comportamento em solução:� Uma classificação leva em consideração o
comportamento dos espumantes dependendodos valores de pH.
� Outra classificação se baseia no tipo deespumante ou compostos que atuam comocoletores e espumantes.
ESPUMANTES
MECANISMO DOS ESPUMANTES
� Quando o espumante é adicionado aolíquido, a tensão superficial da soluçãodiminui como resultado da natureza anfifílicadas moléculas, o que leva a adsorçãopreferencial destas moléculas na interface ar-água.
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� As bolhas podem ser geradas em líquidosatravés de:� Aumento na temperatura, causando fervura
(inicialmente ocorre liberação de gasesdissolvidos e posteriormente geração de bolhasde vapor);
� Abaixamento de pressão causado precipitação debolhas (liberação de gases dissolvidos);
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� As bolhas podem ser geradas em líquidosatravés de:� Agitação mecânica causando aprisionamento de
gases;
� Injeção de gás sob pressão através de um orifícioou membrana porosa.
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� Uma vez formadas em um líquido puro, asbolhas tendem a coalescer (redução da áreasuperficial total) e, se livres, a subir nolíquido.
� A presença de um surfatante dissolvidoretarda a coalescência de bolhas dandoorigem a uma espuma.
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� A existência de um filme elástico é umacondição necessária para a produção deespuma, mas não é suficiente para a formaçãode uma espuma estável.
� Para a espuma ser estável devem estarpresentes mecanismos que retardam a perda delíquido e gás e evitam a ruptura da lamelaquando submetidos a choques ou em certasespessuras críticas (50 a 100 Å).
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� Os fatores que afetam a estabilidade daespuma são:� A drenagem de líquido na lamela;
� A difusão de gás através da lamela;
� A viscosidade superficial;
� A espessura da DCE.
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� Após uma certa concentração, as moléculasde surfactante, na solução, passam a seagregar sob a forma de micelas.
� São as micelas os "entes" da soluçãoresponsáveis pela catálise micelar e pelasolubilização de gorduras.
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� A concentração onde inicia o processo deformação das micelas (micelização) é chamadade concentração micelar crítica (CMC).
� A principal razão que leva os monômeros desurfactante a se associarem sobre a forma demicelas é a diminuição da área de contato entreas cadeias hidrocarbônicas do surfactante e aágua.
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
Esquema de uma micela
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� Para concentrações abaixo da concentraçãocrítica a equação abaixo, chamada de isotermade adsorção de Gibbs , mostra que a tensãosuperficial varia linearmente com o aumento daconcentração:
� Onde:� γ: tensão superficial� Γ: concentração superficial em excesso� R: constante universal dos gases� T: temperatura absoluta� C: concentração
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� A formação do agregado leva o surfactante auma situação onde os grupos hidrofílicos(cabeças) estão muito próximos, gerandouma repulsão eletrostática que se opõe aoprocesso de micelização.
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� Os contraíons desempenham um papelfundamental:� Quando em concentração suficiente, proveniente
da própria ionização do surfactante, ou
� Como aditivos à solução, blindam a carga doagregado , diminuindo o potencial elétrico e arepulsão entre as cabeças dos monômeros.
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� Os surfactantes iônicos sedissociam, em soluçãoaquosa, resultando em duasespécies hidratadas:
� Um cátion e um ânion, ouseja, o monômero dosurfactante e seu respectivocontraíon.
� O SDS, por exemplo, é umsurfactante aniônico, e seucontraíon é o cátion Na+.
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� Modelo de Stigter: os monômeros seorganizariam em forma esférica, onde todasas porções hidrofóbicas do surfactanteestariam voltadas para o centro, formando onúcleo, e os grupamentos hidrofílicos nasuperfície da esfera, formando a interfacecom a água .
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� O diâmetro do núcleo micelar varia com otamanho da cauda do surfactante, sendo decerca de 3,6nm para o SDS.
� A camada de Stern é formada pelascabeças iônicas do surfactante e seusrespectivos contraíons não dissociados.
ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE
� A camada de Stern compreende a partecompacta da dupla camada elétrica quecircunda a superfície externa da esferamicelar.
� A outra camada, mais difusa, que contém osaníons remanescentes, é denominada decamada de Gouy -Chapman .
ESPUMANTES ÁCIDOS
� São eficientes apenas em pH ácido. Em meioalcalino seu poder espumante é reduzido.
� Exemplos típicos desses reagentes são osfenóis, obtidos como subproduto durante agaseificação de alcatrão de carvão edestilação de petróleo bruto.
FENÓIS
� São também conhecidos como álcooisaromáticos.
� Um exemplo típico desse grupo é o cresol,consistindo de uma mistura de orto (o) (35–40%), meta (m) (25–28%) e para (p) (35–40%) cresol.
FENÓIS
ALQUILARIL SULFONATO
� É um espumante aniônico com uma estruturacomposta de um hidrocarboneto aromático eum radical alifático:
ALQUILARIL SULFONATO
� Apesar de terem boas propriedades deespuma, sua aplicação foi limitada, devido amaioria desses espumantes contêm traçosde enxofre, os quais interferem na flotação.
ESPUMANTES BÁSICOS
� São representados pela piridina, obtida comosubproduto da destilação do alcatrão decarvão.
ESPUMANTES NEUTROS
� São os espumantes mais utilizados naflotação de minerais metálicos e óxidos.
� Funcionam tanto em meio ácido como emmeio básico.
ÁLCOOIS ALIFÁTICOS
� São misturas de álcoois contendo de 6 – 8átomos de carbono.
� O espumante mais conhecido desse grupo éo metil-isobutil-carbinol (MIBC):
ÁLCOOIS ALIFÁTICOS
� Outro espumante amplamente utilizado é o2-etil hexanol:
ÁLCOOIS ALIFÁTICOS
ÁLCOOIS CÍCLICOS (ALFATERPINEOIS)
� São basicamente misturas de diferentesálcoois cíclicos e produzidos a partir deresinas de pinheiros.
� As estruturas abaixo representam os maiscomuns:
ÁLCOOIS CÍCLICOS (ALFATERPINEOIS)
MODULAÇÃO DA COLETA
� Alguns coletores são enérgicos demais etendem a recobrir indiferentemente partículas detodas as espécies minerais presentes, ou seja,não são seletivos.
� Pode-se entretanto, adicionar substânciasauxiliares que façam com que a coleta se torneseletiva, isto é, que dentre as espécies mineraispresentes na polpa, o coletor escolha uma delassem modificar as demais.
MODULAÇÃO DA COLETA
� Assim, será possível flotar as partículasdessa espécie e deixar todas as demais nointerior da polpa.
� Esse reagente auxiliar é chamadodepressor , porque deprime a ação docoletor nas partículas indesejadas.
MODULAÇÃO DA COLETA
� Em outras situações ocorre o contrário, isto é, ocoletor não adsorve em nenhuma das espéciespresentes.
� Pode-se então adicionar à polpa uma terceirasubstância, que ative seletivamente a superfícieda espécie mineral desejada, tornando-aatrativa para o coletor. Esse reagente édenominado ativador .
MODULAÇÃO DA COLETA
� Numa polpa mineral sempre estará presente umgrande número de espécies moleculares eiônicas, oriundas das espécies mineraispresentes ou de sua reação com a água eaquelas intencionalmente adicionadas.
� Pode-se adicionar os coletores e também outrassubstâncias que modifiquem a ação do coletor,ação essa chamada de modulação de coleta.
MODULAÇÃO DA COLETA
� Outras razões para a adição de outrosreagentes são de economia industrial:diminuir o consumo do coletor, acertar ascondições de acidez e alcalinidade, paradiminuir a corrosão dos equipamentos ediminuir o consumo de água.
MODULAÇÃO DA COLETA
� Frequentemente, íons presentes na polpaoriundos da dissolução de determinadasespécies minerais (Fe3+, Ca2+, Al3+) exercemuma ação depressora indesejável.
� Para impedir essa ação é necessário removê-los antes do início da ação da coleta. Isto é feitomediante a adição de reagentes denominadossequestradores , que precipitam esses íons.
MODULAÇÃO DA COLETA
� O controle de pH é uma das variáveis maisimportantes que afetam a coleta.
� Por isso, os reagentes utilizados para ajustá-lo são chamados reguladores .
MODIFICADORES
FUNÇÕES DOS MODIFICADORES
� Dependendo de seu caráter funcional, oreagente modificador pode reagir com assuperfícies minerais, com os coletores e comos íons contidos na polpa.
� Exemplo:� Cianeto de sódio e outros cianetos solúveis em água
são usados como modificadores na flotação seletivade esfalerita, galena e minerais de ganga.
FUNÇÕES DOS MODIFICADORES
� Os modificadores podem influenciar aflotação de diferentes formas, tais como:� Podem reagir com superfícies minerais,
resultando em uma mudança da composiçãoquímica da superfície mineral, aumentando aadsorção do coletor na superfície mineral ouimpedindo a adsorção do coletor.
FUNÇÕES DOS MODIFICADORES
� Exemplo:� Sulfato de cobre reage com a superfície da
esfalerita, resultando num aumento da adsorçãodo coletor, e, conseqüentemente, melhorflotabilidade: ativador .
� Por outro lado, o cianeto de sódio que dissolve ocobre a partir da superfície da esfalerita, evita aadsorção do coletor: depressor .
FUNÇÕES DOS MODIFICADORES
� Os modificadores podem influenciar aflotação de diferentes formas, tais como:� Os modificadores também podem remover os
coletores da superfície mineral, causandodepressão do mineral.
� Exemplo: numa concentração superior ao limite, osulfeto de sódio desloca o coletor de galena,esfalerita e outros sulfetos, resultando nadepressão destes minerais.
FUNÇÕES DOS MODIFICADORES
� Os modificadores podem influenciar aflotação de diferentes formas, tais como:� Os modificadores são capazes de mudar a
flotabilidade dos minerais, independentemente dasua capacidade de reagir com coletores.
� A adsorção do modificadores na superfíciemineral criaria uma superfície hidrofílica que nãoreage com coletores.
FUNÇÕES DOS MODIFICADORES
� Os modificadores podem influenciar aflotação de diferentes formas, tais como:� Modificadores podem alterar o pH da polpa.
� A adsorção de coletores na superfície mineral, namaioria dos casos é relacionada com o pH.� Exemplo: a pirita não flota em um ambiente altamente
alcalino, mas reage com xantato e flota facilmente emuma faixa de pH próximo ao neutro ou ácido.
FUNÇÕES DOS MODIFICADORES
� Mudanças na flotabilidade de um mineraltambém podem ser alcançadas pelainteração dos modificadores com os íonspresentes na polpa de flotação.
� Exemplo : íons de metais pesados presentesna polpa reagem com silicatos, quartzo eoutros, permitindo a adsorção do coletor econsequente flotação.
FUNÇÕES DOS MODIFICADORES
� A prevenção da adsorção de metaispesados na superfície mineral é obtida commodificadores como a cal ou o sulfeto desódio.
FUNÇÕES DOS MODIFICADORES
� Os metais pesados reagem com o coletor,resultando na precipitação de xantatos demetal insolúveis:
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Ácidos e alcalinos� São modificadores que possuem múltiplas
funções.
� A maioria é utilizada como modificador de pH,mas podem também ser utilizados comodepressores e dispersantes.
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Ácidos e alcalinos� Certos reagentes desse grupo podem induzir a
floculação de partículas finas.
� Por exemplo, reagentes utilizados no controle daalcalinidade que contenham um cátionmonovalente, tais como o Na+ (da soda cáustica)e o K+, do KOH, atuam como dispersante.Cátions bivalentes, tais como o Ca2+ o Mg2+,podem atuar como floculantes.
MODIFICADORES INORGÂNICOS
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Ácido sulfúrico (H2SO4): é o ácido maisutilizado para controle de pH ácido naflotação de minerais.
� É utilizado no pré-tratamento da polpa naflotação de óxidos minerais, tais como ailmenita (FeTiO3), perovskita (CaTiO3) efenacita (Be2(SiO4)).
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Ácido clorídrico (HCl): é raramente usadona flotação mineral, em função de seu altopoder corrosivo.
� Sua maior utilização é em processoshidrometalúrgicos e decapagem de açolaminado a quente.
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Ácido fluorídrico (HF): libera vaporesquando em contato com o ar úmido. Éfabricado a partir de fluorita CaF2 (96-97%)com ácido sulfurico concentrado:
� É usado como ativador e depressor,principalmente na flotação de columbita,tantalita, sílica e feldspatos.
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Ácido sulfuroso (H2SO3):, é frequentementeusado como um regulador de pH edepressor, principalmente durante a flotaçãode sulfetos complexos.
� É amplamente utilizado em operações deflotação nos EUA como depressor da pirita egalena durante a separação decobre/chumbo.
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Soda cáustica (NaOH): é considerada comoa maior reguladora de pH alcalino.
� Possui uma capacidade de controle de pHmuito forte (a partir do pH = 7 até pH = 14),com uma dose relativamente baixa emcomparação com outras substânciasalcalinas.
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Comercialmente, a soda cáustica está disponível naforma anidra, mas na maioria das aplicações demineração é fornecida como uma solução a 50%.
� As propriedades da soda cáustica comercial são asseguintes:� NaOH: 98%� Na2O: 76%� Ponto de fusão: 318° C� Solubilidade a 20° C: 109 g/100 g água.
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Sais : podem ser usados como depressores,ativadores e dispersantes.� Sulfato de cobre (CuSO 4.5H2O): é amplamente
utilizado como um ativador para esfalerita, pirita,pirrotita e outros sulfetos.
� Sulfato de zinco (ZnSO 4.7H2O): é usado comodepressor para a esfalerita. Tem sido utilizadopara deprimir talco como subproduto na flotaçãode molibdênio.
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Sais :� Sulfato de ferro (FeSO 4.7H2O): tem sido
utilizado como depressor e co-depressor nasseguintes aplicações:� Depressão do esfalerita juntamente com cianeto;
� Depressão de molibdenita também com cianeto;
� Separação do cobre/chumbo.
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Sais :� Zincatos (Na(Zn(OH) 3) e Na2(Zn(OH)4): são
usados como depressores da esfalerita durante aflotação do cobre/zinco e chumbo/zinco.
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Sais :� Sulfato de alumínio (Al 2(SO4)3.12H2O): é usado
na flotação de molibdênio, como depressor detalco em pH 7. Também pode ser utilizado nadepressão de talco para minérios de Ni,juntamente com carboxi metil celulose� Os sais de alumínio têm um efeito depressivo sobre
dolomita, calcita e barita. É usado como co-depressores na flotação de flúor dos minérioscontendo bário.
MODIFICADORES INORGÂNICOS
� Sais :� Sulfato de amônio (NH 4)2SO4: é usado como
depressor de esfalerita na flotação de minérios decobre, chumbo e zinco. Também melhora aflotabilidade de cobre e chumboutilizar o xantato como coletor em pH 7,5-9,0.
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� Podem ser classificados em dois gruposprincipais:� Polímeros
� Ácidos orgânicos.
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� Polímeros orgânicos� Formam um extenso grupo de compostos
orgânicos com estruturas complexas.
� Representam um importante grupo demodificadores utilizados na flotação de sulfetos eminerais não-sulfetados.
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� Polímeros orgânicos� O uso de polímeros orgânicos na flotação mineral
está intimamente relacionado com a composiçãodo polímero.
� Alguns polímeros podem ser usados comodispersantes, floculantes e depressores.
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� Polímeros orgânicos� Polímeros não-iônicos
� Os polímeros mais utilizados na flotação são o amido,a dextrina, os derivados do ácido tânico e aoxicelulose.
� O amido consiste de unidades formadas por α(1-4)glucopiranose e pode ter massa molecular acima de150.000g/mol.
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� A glicopiranose é composta por duas fraçõesprincipais:� a fração insolúvel em água: amilose� a fração solúvel: amilopectina
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� Polímeros orgânicos� Polímeros não-iônicos
� A dextrina é um polissacarídeo solúvel em água. É umproduto intermediário resultante da decomposição doamido.
� O derivado mais comum de ácido tânico utilizado naflotação é o quebracho.
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� Polímeros orgânicos� Polímeros aniônicos
� Os polímeros mais utilizados na flotação são acarboximetilcelulose, a goma de celulose e asulfonato lignina.
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� Polímeros orgânicos� Polímeros catiônicos
� Os mais importantes polímeros desse grupo utilizadosna flotação são:a) Etilenodiamina
b) Dietilenotriamina
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� Polímeros orgânicos� Polímeros catiônicos
� Os mais importantes polímeros desse grupo utilizadosna flotação são:c) Poliaminas
d) Aminoácidos
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� Ácidos orgânicos – carboxilatos� Os mais empregados são:
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� Ácidos orgânicos – carboxilatos� São utilizados:
� Na flotação de nióbio, como depressor da dolomita ecomo regulador de pH (ácido oxálico);
� Durante a separação do nióbio/zircônio comodepressor do zircônio (ácido oxálico e cítrico);
� Como depressor da ganga de óxidos de mineraisterras-raras (bastnaesita, monazita) (ácido cítrico etartárico).
MODIFICADORES ORGÂNICOS
� Ácidos orgânicos – carboxilatos� Os ácidos orgânicos que contêm o grupo OH na
molécula são bons dispersantes para algunsóxidos, como:� Cassiterita
� Tantalita
� Columbita
MECANISMOS DE ADSORÇÃO DOS COLETORES
� Coletores sulfidril� Xantatos
� Alquil xantatos de cadeias curtas de hidrocarbonetossão facilmente solúveis em água e a solubilidadediminui com o aumento do comprimento da cadeia.
� As espécies de xantato identificados na polpa deflotação são: íons xantato (ROCS2), monotiocarbonato(ROCOS), ácido xântico (ROCS2H), dissulfeto decarbono (CS2) e dixantógeno (ROCS2S2COR).
MECANISMOS DE ADSORÇÃO DOS COLETORES
� Coletores sulfidril� Xantatos
� Das inúmeras reações que descrevem o processo dedecomposição, seis são relevantes para o sistema de flotação:
MECANISMOS DE ADSORÇÃO DOS COLETORES
� Coletores sulfidril� Xantatos
� Das inúmeras reações que descrevem o processo dedecomposição, seis são relevantes para o sistema de flotação:
MECANISMOS DE ADSORÇÃO DOS COLETORES
� Coletores sulfidril� Xantatos
� Das inúmeras reações que descrevem o processo dedecomposição, seis são relevantes para o sistema de flotação:
MECANISMOS DE ADSORÇÃO DOS COLETORES
� Coletores sulfidril� Xantatos
� As reações 1 e 2 são as principais reações dedecomposição em solução ácida, onde K1, K2 e K3são as constantes da taxa de decomposição.
� Reação 3 ocorre em polpas altamente alcalinas.
� Para a flotação, são importantes as reações queocorrem em uma região de pH entre 6 e 12, como areação 4.
MECANISMOS DE ADSORÇÃO DOS COLETORES
� Coletores sulfidril� Ditiocarbamatos
� São mais seletivos do que xantatos, especialmentepara sulfetos de ferro. Com exceção de metaisalcalinos e alcalino-terrosos, todos os outros saismetálicos de ditiocarbamato são insolúveis.
� Em solução ácida, decompõem-se em amina e CS2.
MECANISMOS DE ADSORÇÃO DOS COLETORES
� Coletores sulfidril� Ditiofosfatos
� São usados sozinhos ou em combinação comxantatos para todos os sulfetos, metais preciosos eminerais do grupo da platina.
MECANISMOS DE ADSORÇÃO DOS COLETORES
A figura mostra que a adsorção não é possível acima de pH 6,6 com heptilxantato e acima de pH 7,4 com
octilxantato.
INTERAÇÃO DE REAGENTESREGULADORES
INTERAÇÃO DE REAGENTESREGULADORES
� Efeitos dos ativadores� Limpeza química da superfície mineral
� Tratamento ácido de minerais sulfetados podemelhorar a sua flotabilidade.� O tratamento ácido do minério piritoso com ácido clorídrico
e posterior lavagem melhora significativamente a suaflotabilidade
� Calcopirita revestida com limonita normalmente não éfavorável para a flotação seletiva: faz-se um pré-tratamentocom o ácido oxálico e posterior lavagem.
INTERAÇÃO DE REAGENTES REGULADORES
� Efeitos dos ativadores� Troca iônica e adsorção iônica
� Em contato com a água, minerais diferentes podemliberar íons que resultará na criação de potencialelétrico.
� Certos íons também pode adsorver em superfíciesminerais, tais como calcopirita, esfalerita e pirita, quepodem flotar sem coletor quando tratados com HS(solução a 1%) e depois lavados com ácido clorídrico.
INTERAÇÃO DE REAGENTES REGULADORES
� Efeitos dos depressores� Existem vários mecanismos de ação:
� Dessorção do coletor adsorvido sobre superfíciesminerais, como resultado da reação química,formando compostos dessorvidos que não sãocapazes de readsorver nas superfícies minerais.
� Interação do depressor com o ativador em superfíciesminerais em que o ativador é adsorvido, causando adessorção do ativador (NaCN-CuS na esfalerita).
INTERAÇÃO DE REAGENTES REGULADORES
� Efeitos dos depressores� Existem vários mecanismos de ação:
� Interação do depressor com cátions presentes napolpa, impedindo a adsorção dos cátions nassuperfícies minerais, ativando-as.
� Adsorção dos depressores sobre a superfície mineral,principalmente em monocamada, evitando assim aadsorção do coletor.
INTERAÇÃO DE REAGENTES REGULADORES
� Efeitos dos depressores� Como um grande número de depressores são
eletrólitos, a primeira etapa envolve a interaçãode forças eletrostáticas.
� No caso de adsorção de depressores nasuperfície mineral, a quimissorção tambémocorre.
INTERAÇÃO DE REAGENTES REGULADORES
� Efeitos dos íons H+ e OH-
� O pH em sistemas de flotação é uma medida daatividade dos íons H+ e OH-.
� A quantidade de ácido ou base necessários paraatingir um pH específico ou a depressão normalmenteé controlada pelo valor de pH de polpas de flotação.
� O pH da fase líquida determina a adsorção do coletorde um mineral específico ou a atividade dosreagentes modificadores.
INTERAÇÃO DE REAGENTES REGULADORES
� Efeitos dos íons H+ e OH-
� Não existem um valor de pH ótimo para umsistema de flotação, mas há uma região de pHem que coletores e reguladores possuem ummelhor desempenho.
� Os modificadores convencionais são: CaO,Na2CO3, NaOH e H2SO4, mas existe um númeroelevado de outros modificadores de pH.
INTERAÇÃO DE REAGENTES REGULADORES
� Efeitos dos íons H+ e OH-
� Oxidação mineral� Os sulfetos, em solução aquosa, tendem a se oxidar e
o pH da solução é um importante parâmetro quedetermina o grau de oxidação e a natureza dosprodutos de oxidação.
� O produto da oxidação, pode influenciarsignificativamente a interação de vários reagentescom a superfície mineral.
INTERAÇÃO DE REAGENTES REGULADORES
� Efeitos dos íons H+ e OH-
� Reação de íons H + ou OH - com íonsdissolvidos� A reação é comum, especialmente quando íons
multivalentes estão presentes em solução.
AMIDO
� Entre os reagentes depressoresempregados industrialmente no Brasil,merece destaque o amido de milho[(C6H10O5)n, onde n é o no de unidades D-glicose que compõem o amido.
AMIDO
� É utilizado como:� Depressor de óxidos de ferro na flotação catiônica
reversa (aminas como coletoras) de minériositabiríticos;
� Depressor da ganga (carbonatos e mineraisportadores de ferro) na flotação direta de rochasfosfáticas com ácidos graxos (como coletores), para aprodução de concentrados de apatita;
AMIDO
� É utilizado como:� Depressor de ganga (argilo-minerais) na flotação
direta de minérios de silvinita com aminas (coletor),para a produção de concentrados de KCl;
� Depressor de ganga (hiperstênio – um silicato deferro e magnésio) na flotação de minério sulfetado decobre com tiocoletores (xantatos).
AMIDO
� Os amidos são insolúveis em água fria e seuemprego como reagente de flotação dependeda utilização de um processo de gelatinizaçãoque se baseia na capacidade que os grânulosde amido têm de absorver água, quandomolhados ou expostos à umidade e expandir deforma irreversível.
AMIDO
� Existem dois processos de gelatinizaçãode amidos de milho:� por efeito térmico
� por adição de soda cáustica
AMIDO
� A gelatinização por efeito térmico consiste em:� Aquecimento de uma suspensão de amido em água a
uma temperatura maior que 56° C que permita oenfraquecimento das pontes de hidrogêniointergranulares e, como conseqüência, o inchamentodos grânulos.
� Nem todos os grânulos se gelatinizarão ao mesmotempo e à mesma temperatura, já que alguns sãomais resistentes que outros.
AMIDO
� O processo de gelatinização por sodacáustica é, atualmente, o único aplicadoindustrialmente no Brasil.
� Consiste na absorção de parte do álcali dasolução diluída de hidróxido de sódio pelasmoléculas da suspensão de amido.
OPERAÇÕES ENVOLVIDAS NO PROCESSO DE FLOTAÇÃO
� Condicionamento : para que o reagentepossa atuar na superfície da partículamineral, coletando-a, ativando-a oudeprimindo-a, é necessário que se dê umtempo para que as partículas minerais e asmoléculas de reagente tenham chance de secontactarem. Esta operação é denominadacondicionamento.
OPERAÇÕES ENVOLVIDAS NO PROCESSO DE FLOTAÇÃO
� Normalmente, o condicionamento é feito combaixa diluição da polpa (alta percentagem desólidos), de modo a aumentar aprobabilidade de que as gotículas dereagente e as partículas se encontrem. Daí anecessidade de adensar previamente a polpaantes do condicionamento;
OPERAÇÕES ENVOLVIDAS NO PROCESSO DE FLOTAÇÃO
� Dosagem e adição de reagentes : os váriosreagentes devem ser alimentados em pontosdiferentes dentro do circuito. Dependendo deseu mecanismo de coleta, podem demandarmaiores ou menores tempos decondicionamento. É necessário adicionar osmoduladores de coleta (ativadores oudepressores) antes da adição do coletor, poissua função é modificar a ação deste;
OPERAÇÕES ENVOLVIDAS NO PROCESSO DE FLOTAÇÃO
� Flotação propriamente dita .
� Algumas outras operações se fazemnecessárias:� Adensamento de polpas para permitir o
condicionamento;
OPERAÇÕES ENVOLVIDAS NO PROCESSO DE FLOTAÇÃO
� Atrição da superfície das partículas pararemover coberturas de lama ou de óxidos:quando as superfícies minerais aparecemrecobertas por camadas de limonitas ou de argilo-minerais a superfície do mineral deve ser atritadapara eliminar essa cobertura. A atrição, tambémchamada de “escrubagem” é feita em células deatrição.
OPERAÇÕES ENVOLVIDAS NO PROCESSO DE FLOTAÇÃO
� Transporte de polpas e espumas:frequentemente é necessário quebrar a espuma.Isto é feito pela adição de um anti-espumante nacalha do concentrado ou por jatos de água dealta pressão.
� Instrumentação e controle do processo.
DOSAGEM E CÁLCULO DO CONSUMO DE REAGENTES
� Os diferentes problemas de dosagens dereagentes podem ser relacionados com:� Dosar ou alimentar pó grosso: usam-se
alimentadores vibratórios, de correia ou de mesarotativa;
� Dosar ou alimentar pó fino: usam-se osmesmos alimentadores de pó grosso;
DOSAGEM E CÁLCULO DO CONSUMO DE REAGENTES
� Dosar ou alimentar líquidos puros ousoluções homogêneas: são usadas bombasdosadoras (de pistão ou de diafragma) quando avazão é pequena. Para vazões mais altas usam-se bombas de engrenagem, parafuso ouperistálticas. O equipamento padrão para adosagem de líquidos ou soluções homogêneas éo dosador de canecas;
DOSAGEM E CÁLCULO DO CONSUMO DE REAGENTES
� Dosar ou alimentar suspensões heterogêneas: faz-senecessário manter agitação permanente e a alimentaçãode líquidos corrosivos exige escolher materiais deconstrução adequados.
� As dosagens de reagentes variam em funçãodos teores do minério na alimentação do circuitode flotação.
Dosagens de reagentes para flotação de minério de ferro (em g/t)
Teor da alimentação(% Fe)
Depressor(amido)
Coletor(amina)
- 30 400 120
30 – 40 500 120
40 – 45 500 100
45 – 50 500 80
50 – 55 500 70
55 – 57,5 600 50
57,5 – 60 700 50
60 – 65 800 40
+ 65 1000 30
DOSAGEM E CÁLCULO DO CONSUMO DE REAGENTES
� Consumo de reagentes (mL) para testesde laboratório :
� Onde:� C(mL): consumo de solução de reagente em mL;� M: massa de minério na alimentação da flotação, em
g;� D: dosagem do reagente utilizado, em g/t;� C: concentração da solução do reagente, em %.
c
dMC mL
0001,0..)( =
DOSAGEM E CÁLCULO DO CONSUMO DE REAGENTES
� Consumo de reagentes (L/min) para usinae piloto :
� Onde:� C(L/min): consumo de solução de reagente em L/min;� M: massa de minério na alimentação da flotação, em
t/h;� d: dosagem do reagente utilizado, em g/t;� c: concentração da solução do reagente, em %.
EXERCÍCIOS:
1) Calcular a quantidade de reagentenecessária para realizar a flotação em bancadade 1200 g de um minério de ferro, cujo teor é52% de ferro. A concentração da solução dedepressor (amido) é 3% e a de coletor (amina)é 1%. Ver dosagem de reagentes na tabela.
2) Calcular a quantidade dos reagentes doexercício 1, necessária para uma usinaconcentrar 800 t/h daquele minério de ferro.