flotacao_e_propriedades_da_interface_unidade_ii

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FLOTAÇÃO E PROPRIEDADES 
DA INTERFACE
UNIDADE II
INTERFACES
Elaboração
Cristiane Oliveira de Carvalho
Produção
Equipe Técnica de Avaliação, Revisão Linguística e Editoração
SUMÁRIO
UNIDADE II
INTERFACES ............................................................................................................................................................................................5
CAPÍTULO 1
FASES E INTERFACES DO PROCESSO DE FLOTAÇÃO ...................................................................................................... 6
CAPÍTULO 2
INTERAÇÃO PARTÍCULA-BOLHA ......................................................................................................................................... 10
CAPÍTULO 3
GRANDEZAS DA FLOTAÇÃO .................................................................................................................................................. 15
REFERÊNCIAS ...............................................................................................................................................19
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UNIDADE IIINTERFACES
A segunda unidade apresenta as propriedades elétricas interfaciais que são importantes 
no processo de flotação. O capítulo 1 aborda as fases presentes no processo de flotação 
(sólida, líquida e gasosa) cita as interfaces produzidas no processo e exemplos e explana 
sobre a tensão superficial e a relevância para o processo de flotação. O capítulo 2 descreve 
algumas grandezas importantes para entender as interfaces e abordada o potencial 
zeta e a dupla amada elétrica e adsorção. O capítulo 3 explica sobre a interação das 
partículas/bolhas e as ocorrências para que o processo de flotação ocorra e apresenta a 
probabilidade de acontecer a flotação.
Objetivos da Unidade
 » Entender as fases e interfaces do processo.
 » Compreender a tensão superficial.
 » Aprender sobre as grandezas interfaciais.
 » Estudar o fenômeno de interação partículas/bolhas.
Um dos equipamentos responsáveis por medir o potencial zeta dos minerais é 
conhecido como Zetâmetro e está apresentado na figura abaixo. Esse equipamento 
faz uso da técnica de mobilidade eletroforética para medição.
Figura 9. Medir do potencial zeta.
 
Fonte: Oliveira (2016).
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CAPÍTULO 1
FASES E INTERFACES DO PROCESSO DE FLOTAÇÃO
A fase é uma porção homogênea, fisicamente diferente e mecanicamente separável. Em 
outros termos, é uma região no espaço dotada de composição química uniforme e com 
as propriedades físicas e mecânicas iguais (CHAVES, 2006). 
Para realizar a separação por meio da flotação, é preciso entender que esse método é 
caracterizado pela interação das fases sólidas, líquidas e gasosa (CHAVES, 2006, LUZ 
et al., 2010; MORAIS, 2009; SILVA, 2005). 
Essas fases que constituem a polpa da flotação são representadas da seguinte forma 
(SANTANA, 2011):
 » Fase sólida: partículas minerais.
 » Fase líquida: água.
 » Fase gasosa: bolhas de ar.
Esse processo abrange um envolvimento dessas três fases, sendo que as fases líquida 
e gasosa não variam, e a sólida sofre a variação de um caso para outro (SILVA, 2005). 
Fase Líquida
A flotação é normalmente feita com água. Isso acontece devido a sua abastança e baixo 
custo. Além disso, possui determinadas propriedades que a torna atraente para o 
processo de flotação.
A alta polaridade da água é o motivo pelo qual não há formação de moléculas 
monomoleculares H2O e que geralmente as moléculas se agrupam entre si gerando 
complexos com duas ou mais moléculas ou mesmo complexos com o íon H+. Essa 
polaridade é também a razão da hidratação dos íons em soluções aquosas.
Para técnica de flotação, essas propriedades são essenciais, porque justificam o 
comportamento diferenciado dos sólidos e a molhabilidade pela água. Portanto, se 
uma matéria não possui polaridade ou mesmo ligações livres, é fácil entender que não 
conseguirá atrair moléculas de água e molhar-se, isso porque a associação que acontece 
entre as moléculas de água é bem mais intensa do que a interação sólido/água.
No entanto, se as matérias tiverem seu caráter polar ou mesmo iônico, irão se hidratar 
facilmente e, se a energia de hidratação for superior à força de ligação cristalina, irá de 
dissolver.
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INTERFACES | UNIDADE II
As impurezas e contaminantes presentes na água natural modificam a flotabilidade de 
determinados minerais e também são a causa de grande parte do consumo de reagentes 
de flotação com os quais se associam formando sais insolúveis.
É importante ressaltar que a contaminação orgânica é tão ou mais prejudicial do que a 
inorgânica, pois podem conduzir a formação de coloides que, ao se aderir nos sólidos, 
modificam as superfícies. Além disso, são responsáveis por modificar as características 
dos reagentes utilizados no processo.
Fase Gasosa
A flotação industrial é executada com ar e tem como funções elementares: agir 
quimicamente na flotação e serve para deslocar as partículas minerais para a superfície 
da polpa. Esse ar é constituído por: nitrogênio, oxigênio, baixa quantidade de dióxido 
de carbono, argônio e outros gases inertes.
No entanto, estudos apontam que somente o oxigênio e o dióxido de carbono agem 
ativamente e influenciam a flotação. Não é possível que as bolhas de ar fixem diretamente 
nas superfícies minerais se as últimas não absorverem determinada quantidade de gás, 
especialmente o oxigênio.
Quando esse gás é absorvido, há a mudança do potencial da superfície e também uma 
contribuição para a sua hidrofobização. Assim, o resultado são partículas hidrofóbicas 
aerofílicas, mais ativas para adsorção do oxigênio do que as partículas hidrofílicas.
Fase Sólida
Como estudado anteriormente, os minerais possuem estrutura cristalina e são resultados 
da composição química das moléculas, íons e átomos. Com base no caráter das ligações 
químicas, é possível explicar que a estrutura de um sólido é de extrema importância 
para o seu sistema cristalino. 
O sistema interfere categoricamente no tipo da superfície de ruptura que será produzida 
no estágio da redução das dimensões do material, e é a superfície do mineral, e não a 
sua estrutura interna, que define o comportamento da espécie na flotação. Os principais 
fatores no processo de flotação relacionados ao sólido são (SILVA, 2005):
 » superfície produzida na fragmentação do sólido: tipo de superfície, forças residuais 
de ligações;
 » defeitos cristalinos;
 » contaminações oriundas dos sólidos.
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UNIDADE II | INTERFACES
A partir desses três estados da matéria, é possível identificar cinco diferentes tipos de 
interface (CHAVES, 2006, SILVA, 2005; SOUSA, 2016):
 » sólido/sólido;
 » sólido/líquido;
 » sólido/gás;
 » líquido/líquido;
 » líquido/gás.
Para ilustrar o primeiro tipo de interface, podemos citar quando uma partícula mineral 
está revestida por lama de outra espécie. Já a interface sólido/líquido é representada 
quando uma partícula encontra-se submersa em um meio aquoso.
A interface sólido/gás é caracterizada quando uma bolha de gás adere à partícula mineral, 
considerando que, no instante em que a adesão à película líquida que envolve a bolha 
passa por um processo de afinamento, ela se rompe. 
Um exemplo muito trivial para a interface líquido/líquido é quando alguns reagentes 
de flotação não se misturam em água e, assim, caracterizam esse tipo de interface. Para 
promover o alcance desses reagentes até as interfaces sólido/líquido e líquido/gás, em 
diversas situações, é preciso realizar a sua emulsificação. 
É possível explicar a interface líquido/gás por meio da película líquida que circunda 
a bolha, ainda que muitos autores exemplifiquem essa interface como uma bolha 
imersa em um meio aquoso. É importante entender que a espessura da interface é bem 
pequena, principalmente se uma fase gasosa estiver envolvida, considerando a ordem 
dos nanômetros ou até fração de nanômetros (CHAVES, 2006). 
Essa pequena espessura interfacial dificulta qualquer possibilidade de avaliação diretados fenômenos interfaciais e, por isso, fundamenta-se em modelos empíricos e medidas 
experimentais da tensão superficial, potencial zeta e adsorção.
Tensão superficial
A tensão superficial ou interfacial é o trabalho que é preciso para elevar a área de 
superfície entre duas fases (interface) de uma unidade em um processo considerado 
isotérmico e reversível. 
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INTERFACES | UNIDADE II
Diferentes autores explicam a tensão superficial como energia livre por unidade de 
área, e, portanto, essa tensão pode vir a ser expressa como força por unidade de área 
(VERAS, 2010). 
É importante compreender que os minerais adquirem uma carga elétrica de superfície 
ao terem suas ligações químicas quebradas na fragmentação, provocando, assim, o 
aparecimento de um gradiente de tensão na superfície, relembrando que os minerais 
possuem ligações iônicas, covalentes e metálicas ou ligações moleculares. As partículas 
dotadas de ligações superficiais fortes precisarão interagir com o meio com o objetivo 
de baixar os níveis de energia livre na superfície. Essa ânsia de minimizar os diminuir 
a energia caracteriza as partículas a serem hidrofílicas.
No caso das partículas que possuem ligações de natureza molecular na superfície, que 
são mais fracas, por se aproximarem do seu estado de equilíbrio, são hidrofóbicas e não 
têm tanta afinidade com a água.
Silva (2005) explica que todo líquido ou sólido que se mantém em equilíbrio com o 
seu vapor possui uma superfície com determina quantidade de energia livre, e a sua 
magnitude é determinada pela tensão superficial.
Em outros termos, em um líquido todas as moléculas agem entre si, influenciando a 
atração ou repulsão mútua, e, assim, essas forças entrarão em equilíbrio entre si dentro 
do líquido, tendo como resultante igual a zero. 
No entanto, as moléculas que estão na superfície não serão compensadas totalmente, 
porque metade do volume está na fase gasosa, o que criará uma quantidade de energia 
livre, e sua magnitude será, então, medida pela tensão superficial.
Segundo Chaves (2006), a interface líquido/gás pode ser visualizada em situações 
corriqueiras, como, por exemplo, na água em um copo ou em lago, que, na falta de vento, 
possui uma superfície plana, ou na estabilidade de bolhas de sabão na brincadeira de 
crianças que necessitam de agente espumante.
A tensão superficial é influenciada pela concentração de soluto. O uso de sais e bases 
(sem considerar o hidróxido de amônio) aumenta a tensão superficial em relação à água. 
Já grande parte dos surfactantes (álcoois, carboxilatos, sulfatos, sulfonatos, aminas e sais 
quaternários de amônio etc.) diminui a tensão superficial, enquanto os tio-compostos 
não afetam de forma significativa, tendo um a decréscimo desprezível.
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CAPÍTULO 2
INTERAÇÃO PARTÍCULA-BOLHA
Ao longo do processo de flotação, existem ocorrências que incluem a hidrodinâmica e a 
cinética do sistema, tais como o movimento de bolhas e partículas e a energia mínima 
de colisão que é preciso para eliminar a camada líquida de água que as separa.
Portanto, ainda que os critérios hidrodinâmicos relacionados à interação hidrofóbica 
entre bolhas e partículas sejam propícios, para que a flotação aconteça é preciso que 
outros critérios referentes à cinética e à hidrodinâmica do sistema sejam garantidos, 
tais como:
 » as partículas devem colidir com as bolhas;
 » o filme de separação na interface partícula-bolha deve ser o mais fino possível 
(camada hidratada residual que decresce com a hidrofobicidade da partícula) e 
romper durante o tempo de colisão, permitindo, assim, a adesão da partícula à 
bolha, formando o agregado;
 » o agregado partícula-bolha deve ser resistente e estável o suficiente para permanecer 
intacto no equipamento de flotação, até a retirada da espuma. (LUZ et al. 2010, p. 
412; SANTANA, 2011, p. 26)
Para que esses critérios sejam satisfeitos, é preciso determinar a probabilidade de a 
flotação acontecer. Essa probabilidade de uma partícula de flotar é encontrada pelas 
seguintes equações:
P P P P
F C A S
= Eq. 4 
Ou 
P P P PF C A D� �� �1 Eq.5
Em que:
PF: probabilidade de flotação.
PC: probabilidade de colisão entre partículas e bolhas.
PA: probabilidade de adesão das partículas às bolhas.
PS: probabilidade de formação de um agregado partícula-bolha estável.
PD: probabilidade de quebra ou ruptura do agregado partícula-bolha.
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INTERFACES | UNIDADE II
De modo similar à probabilidade de que a flotação aconteça, pode-se expressar e modelar 
a eficiência de coleta (ou captura) correlacionando com os três subprocessos que estão 
ligados ao processo de interação partícula-bolha, colisão, adesão e estabilidade. O êxito 
da flotação varia conforme a eficiência de captura (SANTANA, 2011).
Ecol E E EC A S= � � Eq.6
Em que:
Ecol: eficiência de coleta de partículas hidrofóbicas. 
EC: eficiência de colisão entre partículas e bolhas. 
EA: eficiência de adesão das partículas às bolhas.
ES: eficiência de estabilidade do agregado partícula-bolha.
Segundo Santana (2011), a colisão é extremamente estudada. A colisão está vinculada à 
hidrodinâmica do sistema e acontece quando determinada partícula mineral se próxima 
de tal maneira de uma bolha que inicia as interações físico-químicas entre ambas as 
partes, e então começa a operar (MORAIS, 2009). 
Esse subprocesso é correlacionado com variáveis físicas (SANTANA, 2011):
 » tamanho da bolha;
 » densidade da partículas;
 » densidade da polpa;
 » viscosidade da polpa;
 » velocidade relativa da partícula-bolha; e
 » tamanho da partícula, principalmente;
Morais (2009) explica que a colisão é estimulada por:
 » forte agitação do sistema;
 » maior diâmetro das partículas;
 » maior densidade das partículas;
 » menor tamanho das bolhas.
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UNIDADE II | INTERFACES
No entanto, não sofre influências relevantes da natureza química do meio, apenas 
indiretamente pela quantidade de bolas produzidas por unidade de volume de ar e 
também pelas cargas elétricas das partículas e das bolhas.
Já a adesão é pouco entendida, pois é controlada pela química das superfícies das bolas 
e das partículas. A adesão gera o conjunto bolha-partícula e varia de acordo com a 
hidrofobicidade da superfície das partículas e também dos aspectos cinéticos.
Grande parte das superfícies dos minerais é hidrofílica, mas o que possibilita uma 
vasta utilização da técnica é a viabilidade de transformar as superfícies hidrofílicas em 
hidrofóbicas com ajuda de reagentes coletores.
Figura 10. Fenômeno da colisão mais adesão de partículas.
Fonte: Maria (2009)
A adesão das partículas de bolhas só é possível graças à hidrofobicidade, ou seja, quanto 
mais hidrofóbica é uma superfície mineral maior é a intensidade das forças de adesão 
que garantem a estabilidade do conjunto bolha-partícula no decorrer do transporte.
O surgimento de uma nova interface (gás-sólido) é imprescindível para que o fenômeno 
aconteça. Isso ocorre em substituição às interfaces sólido-líquido e líquido-gás que 
existiam antes da colisão da partícula-bolha. 
Essa interface nova é gerada quando uma película de água que está presente entre a 
partícula e a bolha é drenada até chegar a uma espessura crítica que possibilite a ruptura 
da bolha.
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INTERFACES | UNIDADE II
Figura 11. Afinamento e ruptura da película de água para gerar uma nova interface gás-sólido.
Bolha de ar Bolha de ar 
Bolha de ar 
Partícula Hidrofóbica 
Película de água 
Fonte: Morais (2009).
Outra exigência para que a interface gás-sólio aconteça é que haja a redução na energia 
livre do sistema. Essa ocorrência pode ser confirmada pela equação Yong-Dupré (LUZ 
et al., 2010 e MORAIS, 2009).
�G Y CosLG� �� �� 1 Eq.7
Em que:
∆G = Variação da energia livre do sistema.
YLG = Tensão Superficial na interface líquido-sólido (medida através de equipamento).
Ө = ângulo de contato (determina o grau de hidrofobicidade da partícula).
Para que ocorra a adesão espontânea do conjunto partícula-bolha, a variação de energia 
livredeve ser inferior a zero (∆G<0). Isso quer dizer que, se o ângulo for nulo (Ө = 0), 
não acontecerá a etapa de adesão, da mesma forma que, se o ângulo de contato for 
180° (Ө = 180º), haverá a adesão máxima da partícula bolha, o que não acontece nas 
superfícies minerais.
Assim como a adesão, a estabilidade não é tão estudada e extremamente influenciada 
pelo ambiente químico. A estabilidade do conjunto partícula-bolha está relacionada à 
sua ascensão até a camada de espuma. 
Para que o conjunto partícula-bolha sobreviva ao deslocamento, é necessário que a 
tenacidade da adesão predomine sobre as interferências das forças viscosas, gravitacionais 
e inerciais participantes. A estabilidade do agregado partícula-bolha depende da força 
de adesão entre eles e está diretamente vinculada ao ângulo de contato e inversamente 
relacionada ao tamanho da partícula (SOUSA, 2016).
Sousa (2016) ainda explica que a flotação sofre a interferência de aspectos associados às 
características do minério, que são aqueles intrínsecos à sua composição mineralógica e às 
características físicas, químicas e tecnológicas dos minerais participantes dos processos. 
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UNIDADE II | INTERFACES
Além disso, a flotação ainda sofre influência dos fatores vinculados à preparação do 
minério (que se inicia pela lavra, e segue pelo manuseio, britagem, peneiramento, 
homogeneização, atrição, deslamagem) e dos fatores associados ao processo de flotação 
(que abrange as condições dos equipamentos, características da água, pH, reagentes, 
tempos de condicionamento e de flotação).
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CAPÍTULO 3
GRANDEZAS DA FLOTAÇÃO
Potencial zeta
Para entender a eficiência do processo de flotação, é preciso compreender o controle 
dos fenômenos que acontecem na interface sólido-líquido. A formação da dupla camada 
elétrica (DCE) acontece nessa interface e é proveniente do comportamento energético 
entre essas fases (sólida e líquida).
Se uma camada está eletricamente carregada na superfície da partícula, ela irá gerar 
outra camada com carga oposta na interface. Essas duas camadas é que constituem a 
dupla camada elétrica. A figura abaixo representa a dupla camada elétrica. 
Figura 12. Representação da dupla camada elétrica.
Co-íon
Contra-íon
Adsorção específica
Molécula de água
Camada de GouyCamada 
de Stern
Superfície
Plano Zeta
Plano externo de Helmholtz
Plano interno de Helmholtz
Só
lid
o
Fonte: Sépulveda (2016).
Na camada de cargas opostas acorrerá a adsorção. Essa DCE é composta pela superfície 
mineral, a camada de Stern (fixa), a camada Gouy (difusa). As duas últimas camadas 
estão localizadas na interface e é onde também estão localizados os contraíons, moléculas 
de água, íons específicos, íons indiferentes e os íons determinantes de potencial (idp) 
(SÉLPULVEDA, 2016).
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UNIDADE II | INTERFACES
Os chamados contraíons são os íons que possuem carga contrária à superfície da partícula 
e estão dispostos em toda a dupla camada de elétrons. Já os íons específicos são os 
responsáveis por formar os compostos com os íons que permanecem na superfície do 
sólido, pois esses possuem afinidades.
No caso dos íons indiferentes, esses somente são atraídos eletrostaticamente, e, por esse 
motivo, não são relevantes para sistemas com adsorção química do reagente. A ação 
íons determinantes de potencial produz um excesso de carga, pois esses íons estão livres 
para se movimentar entre a superfície sólida e a fase líquida.
Para caracterizar a dupla camada elétrica, é possível fazer uso dos valores do potencial 
de superfície e do potencial zeta. O potencial de superfície está ligado à densidade de 
carga superficial (idp), citada anteriormente. Já o potencial zeta (ζ) é produzido pelo 
movimento das partículas em relação ao líquido. Quando a partícula se movimenta, essa 
arrasta a camada mais próxima, esquecendo a camada difusa. 
Logo, o potencial zeta é determinado no plano de cisalhamento ou plano zeta que separa 
as camadas de Stern e Gouy e seu valor pode variar de acordo com o número de íons 
indiferentes que são deslocados da amada de Gouy para a camada de Stern ou pela 
concentração de idp.
Segundo Luz et al. (2010) e Sousa (2016), o potencial zeta é a variação do potencial 
eletrostático por meio da interface, na DCE, e apenas esse potencial pode ser mensurado 
experimentalmente. O potencial é determinado no plano de cisalhamento entre a partícula 
e a solução quando ambos estão se movimentando de forma relativa na presença de um 
campo elétrico.
Quando ocorre o deslocamento diferencial das partes da dupla camada elétrica, acontece 
o potencial eletrocinético que pode ser medido por: eletroforese, potencial de escoamento 
e o potencial de sedimentação, eletro-osmose.
Para o potencial zeta, as duas primeiras técnicas são as mais utilizadas. A eletrosfere é 
uma técnica que visa determinar a mobilidade eletroforética das partículas que estão 
carregadas eletricamentente, suspensas em polpa e que se movimenta sob influência 
de um campo elétrico.
São realizadas diversas medidas da mobilidade eletroférica das partículas em suspensão. 
A determinação de ζ, de acordo com essas medidas, é realizada com o auxílio da equação 
de Smoluchowski:
� ��12 8. e Eq.8
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INTERFACES | UNIDADE II
Em que: potencial ζ é dado em mV e a mobilidade μe em μm s
-1/ V cm-1.
Adsorção
A adsorção, de forma simplificada, consiste no acúmulo de partículas (adsorvato) sobre 
determinada superfície, considerado como uma ocorrência de interfaces, em que certa 
espécie é acumulada espontaneamente. A figura abaixo mostra o fenômeno da adsorção.
Esse fenômeno, na interface líquido-gás, acontece pela comunicação da parte polar da 
molécula com o dipolo permanente da água, já a parte apolar da molécula se mantém 
sem quaisquer alterações.
Se a adsorção acontecer na interface líquido-sólido, as propriedades elétricas da partícula 
serão afetadas, e haverá uma modificação na dupla camada elétrica. Esse fenômeno 
pode ser de dois tipos:
 » específico: podendo ser químico ou físico;
 » eletrostático: apenas físico.
Figura 13. Fenômeno da adsorção.
 
 
Adsorção 
Fonte: https://betaeq.com.br/index.php/2015/08/28/adsorcao/.
Para que ocorra a adsorção física, é preciso que exista um excedente de carga superficial, 
já na adsorção química é preciso que o íon tenha intimidade com os íons da superfície. 
Portanto, se existe uma superfície com excedente de carga negativa, um reagente do 
tipo catiônico será adsorvido fisicamente e/ou quimicamente, no entanto um coletor 
aniônico somente será adsorvido, por essa mesma superfície, por adsorção química 
(MORAIS, 2009).
Sépulveda (2016) explica que a adsorção física está ligada às interações que abrangem as 
ligações de Van de Waals e forças colombianas entre o adsorvato (aquele que se adsorve) 
e o adsorvente (sobre o qual acontece a adsorção). 
https://betaeq.com.br/index.php/2015/08/28/adsorcao/
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UNIDADE II | INTERFACES
Enquanto a adsorção química abrange as ligações químicas se restringindo a monocamadas, 
o seu mecanismo implica transferência ou compartilhamento de elétrons.
A tabela abaixo mostra as diferenças básicas entre esses tipos de adsorção.
Quadro 1. Diferenças básicas entre adsorção física e química.
Adsorção Física Adsorção Química
Força de van der Waals Forças comparáveis à ligação química
Calor de adsorção entre 4 e 40
kcal/mol
Calor de adsorção superior a 40 kcal/ mol
Quantidade → adsorvida → depende
mais → do → adsorvato → do → que adsorvente.
Quantidade → adsorvida → depende → tanto → de adsorvato 
como do adsorvente.
Especificidade baixa Especificidade alta
Energia de ativação baixa Energia de ativação pode ser elevada
Adsorção possível em
multicamadas
Adsorção no máximo em monocamadas
Adsorção fácil Adsorção pode ser difícil/transformação química
Fonte: Belo Horizonte (2016).
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REFERÊNCIAS
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REFERÊNCIAS
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Referências Ilustrativas
Figura 2
Fonte: http://www.brastorno.com.br/produto/coluna-de-flotacao/.
Figura 11
Fonte: https://betaeq.com.br/index.php/2015/08/28/adsorcao/.
http://www.brastorno.com.br/produto/coluna-de-flotacao/
https://betaeq.com.br/index.php/2015/08/28/adsorcao/
	UNIDADE II
	Interfaces
	Capítulo 1
	Fases e interfaces do Processo de Flotação
	Capítulo 2
	Interação partícula-bolha
	Capítulo 3
	Grandezas da Flotação
	Referências