Modelo Relatório _Lab de OP - Flotação

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<p>6</p><p>PONTIFÍCIA UNIVERSIDADE CATÓLICA DE MINAS GERAIS</p><p>Graduação de Engenharia Química</p><p>Nome 1</p><p>Nome 2</p><p>Nome 3</p><p>FLOTAÇÃO</p><p>Belo Horizonte</p><p>2024</p><p>SUMÁRIO</p><p>1. INTRODUÇÃO	3</p><p>2. OBJETIVOS	5</p><p>3. METODOLOGIA	5</p><p>3.1 Preparo das soluções depressora e coletora	5</p><p>3.2 Ensaio de flotação	6</p><p>3.3 Determinação das densidades após flotação	6</p><p>4. RESULTADOS E DISCUSSÕES	7</p><p>4.1 Dados experimentais para determinação da densidade	7</p><p>4.2 Determinação das massas específicas reais	8</p><p>4.3 Balanço de Massa	9</p><p>4.4 Teor do Minério de Ferro	11</p><p>5. CONCLUSÃO	13</p><p>REFERÊNCIAS	14</p><p>1. INTRODUÇÃO</p><p>A flotação é um processo de concentração amplamente utilizado na indústria mineral, permitindo o aproveitamento econômico de minérios complexos e de baixo teor com rendimentos satisfatórios (Oliveira et al., 2006). Em termos gerais, qualquer processo de concentração de minérios pode ser descrito como a capacidade de proporcionar a certos componentes de uma mistura heterogênea uma velocidade diferente daquela mantida pelas demais espécies presentes. Para isso, é necessário que exista alguma diferença nas propriedades físicas desses minerais (Luz et al., 2018).</p><p>A flotação ocorre em uma suspensão aquosa, na qual as partículas são obrigadas a percorrer um trajeto específico. O trajeto que elas percorrem depende de sua característica hidrofílica ou hidrofóbica. A hidrofobicidade é a tendência de um mineral ter mais afinidade pela fase gasosa em detrimento da fase líquida, enquanto a hidrofilicidade é o inverso (Luz et al., 2018).</p><p>De forma geral, as partículas mais hidrofóbicas são conduzidas por um movimento ascendente devido à sua capacidade de aderir às bolhas de gás (geralmente ar). Quando uma partícula captura um número suficiente de bolhas, a densidade do conjunto partícula-bolhas torna-se menor do que a do fluido, fazendo com que o conjunto suba até a superfície, onde essas partículas são retidas e separadas na forma de espuma (Luz et al., 2018).</p><p>No processo, vários reagentes são utilizados, cada um com sua própria função, podendo ser divididos em três grupos: coletores, espumantes e modificadores. Os coletores são surfactantes que possuem uma parte molecular não iônica e uma parte polar iônica. Em solução, a parte polar dos coletores se liga à superfície das espécies hidrofílicas, enquanto a parte molecular se liga às espécies hidrofóbicas, no caso da flotação, à fase gasosa (Konzen; Mitre, 2024).</p><p>Os espumantes, compostos tensoativos com um grupo polar e uma cadeia hidrocarbônica, adsorvem-se na interface água/ar, reduzindo a tensão superficial e aumentando a estabilidade e dispersão das bolhas, facilitando a coleta das partículas de mineral hidrofobizado (Chaves et al., 2010). Já os modificadores são reagentes orgânicos ou inorgânicos que melhoram a seletividade e/ou recuperação na flotação. Eles incluem depressores, que inibem a flotação de certas espécies minerais para tornar a coleta seletiva; ativadores, que aumentam a ação dos coletores; reguladores de pH, que controlam as condições de dissociação de coletores e outros reagentes modificadores, a adsorção de coletores e de íons em minerais, além da floculação da polpa; e dispersantes, que individualizam as partículas minerais agregadas, facilitando a flotação (Konzen; Mitre, 2024).</p><p>A modalidade de flotação por espumas é a técnica mais utilizada na concentração de minerais, com dois modos principais de operação: flotação direta, onde os minerais de interesse são separados nas espumas, e flotação reversa, onde os minerais de ganga são flotados e os minerais de interesse permanecem na polpa mineral (Chaves et al., 2010).</p><p>No método de flotação, diversos equipamentos são utilizados para separar uma mistura de sólidos em dois produtos: um flotado e um deprimido. Para o sucesso na concentração por flotação, as máquinas devem ter bom desempenho metalúrgico e capacidade industrial adequada (Peres et al., 2006). Dessa forma, elas devem manter as partículas minerais em suspensão, gerar e dispersar bolhas de ar, e coletar seletivamente e transportar o mineral de interesse (Oliveira et al., 2006). A eficiência é medida por parâmetros como qualidade dos produtos, recuperação, consumo de energia e reagentes, e custos operacionais e de manutenção (Santana, 2007).</p><p>As máquinas de flotação se dividem em três categorias principais, sendo uma delas as células mecânicas. As células mecânicas consistem em um tanque e uma máquina de flotação com rotor e dispersor para manter as partículas em suspensão e gerar bolhas de ar (Santana, 2007; Chaves et al., 2004). A Figura 01 apresenta uma imagem ilustrando a célula.</p><p>Figura 01 – Representação de uma célula de flotação</p><p>Fonte: Lima et al., 2006</p><p>2. OBJETIVOS</p><p>Estudar o processo de flotação reversa de uma amostra de minério de ferro (hematita), utilizando-se solução de amina como coletor (flotação do quartzo) e solução de amido como depressor (inibidor dos óxidos de ferro), para avaliar o efeito do tempo de operação sobre o teor de ferro no concentrado e no flotado e sobre a seletividade do processo.</p><p>3. METODOLOGIA</p><p>3.1 Preparo das soluções depressora e coletora</p><p>As soluções depressora e coletora foram preparadas previamente pelo técnico responsável pelo laboratório, sem participação dos membros do grupo. Contudo, a fim de se tornar possível a repetição dessa análise em algum momento posterior, a metodologia adotada será descrita conforme sua execução.</p><p>Primeiramente, para preparação da solução depressora, foram utilizados 2 g de amido de milho dissolvidos em 100 mL de água, proporcionando uma concentração igual a 20 g/L. Mantendo essa solução sob agitação mecânica, micro pérolas de NaOH (hidróxido de sódio) foram adicionadas à solução, de modo que, no momento em que houve uma brusca mudança da viscosidade da solução e de sua cor, a adição da base forte foi interrompida – assim como a agitação mecânica. Desse modo, o preparo da solução depressora foi finalizado.</p><p>Por sua vez, para preparação da solução coletora, foi preparada uma solução concentrada de uma amina disponível no laboratório. Essa concentração originalmente foi planejada para ser a mesma que a da solução depressora (20 g/L), contudo, o soluto não estava armazenado em boas condições, havendo o risco de ter envelhecido de modo a comprometer suas propriedades de interesse. Desse modo, foi preparada 100 mL de uma solução concentrada a fim de se garantir uma boa eficiência da amina.</p><p>3.2 Ensaio de flotação</p><p>Antes da realização do ensaio, foi feito um registro fotográfico do minério para avaliação da cor. Em seguida, separou-se uma fração do minério para realização da análise dos teores de ferro e sílica iniciais na amostra.</p><p>Para execução do ensaio, foram pesados 500 g de amostra (sendo 200 g de minério de ferro e 300 g de argila mineral) com granulometria entre 75 e 150 µm sendo, em seguida, transferidos para a célula de flotação. Cerca de 700 mL de água também foram adicionados, assim como 20 mL da solução depressora. O agitador mecânico teve sua rotação ajustada e foi ligado, e, a fim de se produzir uma boa homogeneização, esperamos 10 minutos. Após esse tempo, adicionou-se a solução coletora, na proporção de 50 g de coletor / tonelada de minério, à mistura sob agitação. Um tempo de homogeneização igual a 10 minutos foi novamente cumprido.</p><p>Em seguida, com auxílio de um pHmetro Hanna, o pH do meio foi ajustado utilizando-se duas soluções: uma ácida de HCl 1,0 mol/L e outra básica de NaOH 1,0 mol/L, de modo a situar a mistura com um pH entre os valores de 10 e 11 – visto que esse processo de separação possui maior eficiência neste intervalo. Vale ressaltar que ao longo de toda a flotação o pH da mistura foi constantemente acompanhado, de modo a mantê-lo na faixa ótima de flotação.</p><p>Sendo assim, a bomba foi ligada a uma pressão entre 10 e 11 bar, promovendo o borbulhamento do meio. A espuma formada foi sendo coletada por recipientes dispostos estrategicamente para essa finalidade. Em momentos que o nível da polpa abaixou significativamente, água de reposição foi adicionada. Após uma avaliação visual,</p><p>a flotação foi cessada e fez-se um registro visual do material deprimido (rico em minério de ferro) e do material flotado (sobrenadante, rico em quartzo e argila). O produto de fundo foi seco em uma estufa a 100 °C durante 2 dias, para determinação do teor de minério de ferro na amostra.</p><p>3.3 Determinação das densidades após flotação</p><p>Após a realização da prática, foi feito o cálculo da densidade das amostras deprimida (minério de ferro) e flotado (argila mineral) a partir do uso de um picnômetro. Para calcular a densidade por meio desse método, utilizaram-se as seguintes três fórmulas, em que m1 é a massa do picnômetro, m2 é a massa do picnômetro mais o sólido, m3 é a massa do picnômetro mais a massa da água e do sólido, m4 é a massa do picnômetro mais a água, md é a massa de água deslocada, Vsólido é o volume do sólido, ρágua é a densidade da água e ρ é a densidade do material:</p><p>(01)</p><p>(02)</p><p>(03)</p><p>4. RESULTADOS E DISCUSSÕES</p><p>As densidades das amostras após o procedimento de flotação, ou seja, uma amostra concentrada em minério e uma amostra flotada (lama) rica em argila mineral, foram determinadas a fim de comparar os resultados com a literatura e verificar qual amostra é rica em minério de ferro. Posteriormente, para a análise do teor de ferro foi levado em conta os dados de densidade e o balanço de massa.</p><p>4.1 Dados experimentais para determinação da densidade</p><p>Considerando as análises envolvendo o uso do picnômetro, foram obtidos valores para as medições de massa para a amostra concentrada em minério de ferro (minério concentrado) e para a amostra flotada que é concentrada em argila mineral (lama), ambos coletados após a flotação. Os dados estão representados na Tabela 01. Essas massas foram mensuradas de modo a embasarem a determinação das densidades reais dos sólidos, cujos resultados serão apresentados proximamente.</p><p>Tabela 01 - Dados experimentais para determinação da densidade real</p><p>Amostra</p><p>Massa (g)</p><p>Picnômetro (m1)</p><p>Picnômetro + sólido (m2)</p><p>Picnômetro + sólido + água (m3)</p><p>Picnômetro + água (m4)</p><p>Minério Concentrado</p><p>47,387</p><p>73,590</p><p>119,848</p><p>100,766</p><p>Lama</p><p>36,659</p><p>51,086</p><p>96,829</p><p>87,817</p><p>Dessa forma, foram determinadas as massas de água deslocada de acordo com a Equação 01 e consequentemente o volume de água deslocada, que é equivalente ao volume do sólido, por meio da Equação 02. Para este segundo cálculo foi utilizado o valor da massa específica da água, que na temperatura de 29 °C é igual a 0,996 g/cm3 (Konzen; Mitre, 2024). Esses dados permitiram a construção da Tabela 02, que será útil para determinação da densidade das amostras.</p><p>Tabela 02 - Dados experimentais complementares para determinação das densidades</p><p>Amostra</p><p>Picnômetro</p><p>Água deslocada (md) (g)</p><p>Volume de água deslocada (cm3)</p><p>Minério Concentrado</p><p>7,121</p><p>7,150</p><p>Lama</p><p>5,415</p><p>5,437</p><p>4.2 Determinação das massas específicas reais</p><p>A partir dos dados expressos nas Tabelas 01 e 02 e, sabendo que o volume do sólido é igual ao volume da água deslocada, se torna possível a determinação das massas específicas reais dos sólidos analisados, tendo como base a Equação 03. Dessa forma, tem-se que:</p><p>Portanto, foram obtidos valores de densidade real iguais a 3,665 g/mL e 2,654 g/mL para a amostra concentrada em minério de ferro (deprimido) e para lama residual (flotado), respectivamente. Esses valores por si só não podem ser considerados estatisticamente confiáveis, visto que foi realizada apenas uma análise para cada amostra (assim como todos os outros dados obtidos e descritos neste relatório). Além disso, ao longo do experimento podem ter acontecido erros como por exemplo uma secagem inadequada dos picnômetros após medição de suas massas com água.</p><p>4.3 Balanço de Massa</p><p>O balanço de massa é uma ferramenta essencial na análise de processos de separação, como a flotação, onde a quantidade de material que entra no processo deve ser igual à quantidade que sai caso o acúmulo seja nulo. Neste estudo, foi realizada uma análise de balanço de massa para entender a eficácia da flotação na concentração de minérios.</p><p>Inicialmente, a massa da amostra de minério foi medida, totalizando 500 g. Após o procedimento de flotação, foram obtidos dois produtos distintos: o concentrado de minério e o resíduo, também conhecido como lama. A massa do concentrado de minério foi medida em 380 g, enquanto a massa do flotado foi de 102 g. Um fluxograma simplificado do processo, Figura 02, foi elaborado a fim de elucidar os dados.</p><p>Figura 02 – Fluxograma Elucidativo</p><p>Na análise do balanço de massa global, os termos de geração e consumo são nulos e a resolução da mesma revela um acúmulo conforme indicado abaixo. Tendo em vista que o sistema é aberto, esse acúmulo está relacionado com as perdas de material durante a prática.</p><p>Para expressar a perda durante o processo de flotação em termos percentuais, podemos calcular a fração da massa perdida em relação à massa inicial da amostra de minério e multiplicá-la por 100. Realizando o cálculo, a perda durante o processo de flotação é de aproximadamente 3,6% da massa inicial da amostra de minério. Essa perda percentual fornece uma medida relativa útil para avaliar e comparar diferentes condições de operação. Este resultado pode ser consequência de vários fatores, como o arraste de partículas finas ou possíveis ineficiências no processo de separação.</p><p>4.4 Teor do Minério de Ferro</p><p>Levando em consideração que a amostra inicial foi preparada a partir da mistura de 200 g da argila mineral com 300 g de minério de ferro, o teor inicial do minério de ferro na amostra é:</p><p>Para determinar o teor de minério de ferro na amostra após a flotação, foi feita uma suposição a respeito dos produtos obtidos: que todo o conteúdo do concentrado de minério consiste 100% por minério de ferro, enquanto o flotado (lama) contém nenhuma quantidade de minério. Embora essa suposição simplifique o cálculo, é importante ressaltar que na prática não condiz com a realidade visto que as amostras obtidas contêm impurezas.</p><p>O pressuposto adotado possui limitações. Um exemplo desse fato é que foi possível observar visualmente a presença de um material semelhante ao minério de ferro na lama, indicando que possivelmente nem todo o minério estava na amostra concentrada. Da mesma maneira, para o caso da amostra concentrada em minério de ferro foi formado um pequeno filme de argila mineral por cima do minério, conforme ilustrado pela Figura 03.</p><p>Figura 03 – Impureza na amostra concentrada em minério de ferro</p><p>Desprezando as limitações da suposição e a fim de se tornar possível a determinação do teor de minério de ferro na amostra, o seguinte cálculo foi realizado:</p><p>O valor encontrado para o teor de minério de ferro revela que a suposição adotada não é válida visto que, caso isso fosse coerente, teria surgido minério de ferro no processo. O aumento do teor de ferro pode estar ligado ao fato das porções de flotado e deprimido não serem puras – conforme citado anteriormente.</p><p>5. CONCLUSÃO</p><p>A prática teve como objetivo analisar o processo de flotação reversa de uma amostra de minério de ferro e avaliar a concentração de ferro no concentrado e no flotado. Utilizando um picnômetro, foram calculadas as densidades da amostra concentrada de minério e da amostra flotada (concentrada em argila mineral) coletadas após a flotação. A densidade encontrada para a amostra de minério concentrado foi igual a 3,665 g/mL e para a amostra flotada foi igual a 2,654 g/mL. Esses valores encontrados não podem ser considerados estatisticamente confiáveis, já que foi realizada apenas uma única análise para cada amostra.</p><p>A perda de massa durante toda a prática também foi avaliada. A massa inicial da amostra antes da flotação era de 500 g, enquanto as massas encontradas para as amostras do minério concentrado e do flotado após a secagem foi 380 g e 102 g, respectivamente. A partir desses valores</p><p>foi possível encontrar um valor de perda de massa percentual de 3,6% em relação a massa inicial.</p><p>Por fim, foi determinado o teor de minério de ferro após a flotação. A amostra inicial foi preparada com 200 g de argila mineral e 300 g de minério de ferro, portanto tendo um teor de minério de ferro igual a 60%. Para determinar o teor de minério de ferro após a flotação, os cálculos foram realizados supondo que a amostra de minério concentrado consiste em 100% de minério de ferro, enquanto a amostra de flotado não possui nenhuma quantidade de minério. A partir disso foi encontrado um teor de minério de ferro após a flotação igual a 79%. Observando os valores de teor de minério obtidos antes e depois da flotação é possível afirmar que a suposição adotada para o cálculo do teor final não é válida pois o teor da amostra inicial é menor que o da amostra final.</p><p>REFERÊNCIAS</p><p>CHAVES, A. P., LEAL FILHO, L. S. Flotação. In: LUZ, A. B., SAMPAIO, J. A.,</p><p>ALMEIDA, S. L. M. (Ed.), Tratamento de minérios, 4ed., Rio de Janeiro: CETEM, 2004.</p><p>CHAVES, A. P., LEAL FILHO, L. S., BRAGA, P. F. A. Flotação. In: LUZ, A. B.,</p><p>SAMPAIO, J. A., FRANÇA, S. C. A. (Ed.), Tratamento de minérios, 5ed., Rio de Janeiro: CETEM, 2010.</p><p>KONZEN, Cibele, MITRE, Leonardo. LABORATÓRIO DE OPERAÇÕES UNITÁRIAS I. PUC Minas. Belo Horizonte. 2024</p><p>LIMA, O. A. DE; LEAL FILHO, L. DE S.; BARBOSA, F. S. Caracterização hidrodinâmica de células mecânicas de flotação: capacidade de bombeamento de célula DENVER de laboratório. Rem: Revista Escola de Minas, v. 59, p. 415–419, 1 dez. 2006.</p><p>LUZ, A. B.; FRANÇA, S. C. A..; BRAGA, P. F. A. Tratamento de Minérios. 6 ed. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2018. Cap. 10, p. 405-406.</p><p>OLIVEIRA, M. L. M.; AQUINO, J. A. Aspectos relevantes das colunas de flotação. XXI ENTMME, Natal-RN, novembro, 2006.</p><p>PERES, A. E. C.; ARAUJO, A. C. A flotação como operação unitária no tratamento de minérios. In: CHAVES, A. P., Teoria e Prática do Tratamento de Minérios – Flotação o Estado da Arte no Brasil, 1ª ed., Vol. 4, Cap.1, p. 1-29, 2006.</p><p>SANTANA, R.C. Análise da Influência do Tamanho da Partícula na Flotação de Apatita em Coluna. Faculdade de Engenharia Química – UFU. Uberlândia, 2007.</p><p>image1.jpeg</p><p>image2.png</p><p>image3.jpeg</p>