Trabalho Flotação Minério de Ferro

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UEMG

Aier Filho

16/05/2016

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FLOTAÇÃO
João Monlevade, 15 de Maio de 2015
Grupo:
Guilherme Piuzzana,
Henrique Machado,
Isadora Etrusco,
Leonardo Bigão,
Marcony Lélis,
Rafaela Dinalli.
Minério de Ferro
O ferro é o quarto elemento mais abundante da crosta terrestre (4,2%), depois do oxigênio, silício e alumínio; e o segundo elemento metálico mais abundante, depois do alumínio.
Na natureza o ferro raramente encontra-se isolado, é muito comum encontrá-lo combinado com diversos minerais, principalmente os óxidos. Os principais minerais de ferro são hematita ,magnetita goethita a siderita a pirita e a ilmenita Assim, o mesmo é extraído da natureza sob a forma de minério de ferro. As principais impurezas encontradas nos minério de ferro são sílica, alumina, álcalis e compostos de enxofre e fósforo
Hematita
Hematita
Hematita é um óxido de ferro III(α-Fe2O3) com 69,9% de ferro em sua estrutura. Pode ser encontrado em rochas de várias idades, sendo muito abundante na natureza. Apresenta em sua estrutura o titânio e o magnésio. Sua cor varia do preto ao castanho avermelhado e quando terrosa, apresenta-se avermelhada. Sua densidade varia de 4,9 a 5,3 e a cor de seu traço, entre vermelho claro e vermelho amarronzado
Magnetita
Magnetita
A magnetita, óxido de ferro de fórmula Fe3O4, contendo 72,4% de ferro, e tendo em sua estrutura Fe bivalente e Fe trivalente que ocupa sítios octaédricos e/ou sítios tetraédricos, o que lhe confere uma grande diferença em relação a outros óxidos de ferro.
A cor da magnetita é preta, às vezes com reflexos azulados, apresentando brilho metálico a submetálico opaco e traço preto na porcelana. Sua densidade varia de 4,9 a 5,18. Apresenta um forte magnetismo
Goethita
Goethita
A goethita é um hidróxido de ferro (α-FeOOH), que contem 63% de ferro em sua estrutura. Sua estrutura cristalina é de empacotamento hexagonal compacto, semelhante à hematita no que diz respeito ao arranjo dos íons de oxigênio, onde os interstícios octaédricos existentes são preenchidos pelos íons Fe.

Possui o hábito ortorrômbico, apresentando uma morfologia essencialmente acicular, mas podendo ser também bipiramidal, cúbicos, etc. Ocorre na natureza com granulometria variada.
Beneficiamento do Minério de Ferro
A concentração de minério de ferro pode ser efetuada através de vários métodos e principalmente da combinação entre eles. O que diferencia na escolha e emprego do método de concentração do minério de uma empresa para outra são as características físicas, químicas e mineralógicas do minério.
Para o processamento de minérios de ferro de alto teor faz-se uso de cominuição, classificação e deslamagem. Para os minérios de ferro de baixo teor torna-se necessário a introdução de operações de concentração, como a flotação, a fim de se aumentar o teor de ferro e minimizar os teores de SiO2, Al2O3 no concentrado da flotação
Reagentes da Flotação
São compostos orgânicos e inorgânicos empregados com o objetivo de controle das características das interfaces envolvidas no processo de flotação.
Reagentes
Flotabilidade e ação de Reagentes
Minérios especularíticos e com pequenos tamanhos de cristais apresentam elevada flotabilidade:
Elevada afinidade com o coletor;
Elevada tendência de enriquecimento do rejeito;
Exigem forte ação depressora;
Exigem elevadas dosagens de depressores.
Minérios martíticos, magnetíticos e goethíticos e com cristais grandes apresentam baixa flotabilidade:
Menor afinidade com o coletor;
Menor tendência de enriquecimento do rejeito;
Não exigem ação depressora tão forte;
Não exigem elevadas dosagens de depressores.
Reagentes da Flotação
Amido
Soda Cáustica
Amina
Reagentes
a) Coletor: Cobre a superfície de determinados minerais por uma película não molhável para facilitar a sua afinidade (adesão ou adsorção) a bolhas de ar;
São substâncias, que por adsorsão (concentração na superfície), são capazes de tornar partículas hidrofílicas em hidrofóbicas.
Ex.
- Aminas => Substâncias químicas derivadas da amônia (NH3)
São sais tetra-amônicos que, em presença de água, se dissociam formando cátions RNH3+.
Coletores
Classificação dos coletores:
Classificam-se em coletores catiônicos e coletores aniônicos, em função de sua carga iônica. Se for um cátion é catíônico, se for um ânion é aniônico.
a) Coletores Catiônicos
São as aminas e seus acetatos. Sua aplicação típica é na flotação de não-metálicos, Tais como quartzo (na flotação do itabirito), silicatos, aluminosilicatos e vários oxides, talco, micas, etc. A variável operacional mais importante é o pH, seguindo-se o efeito nocivos das lamas.
b) Coletores Aniônicos
Subdividem-se em:
ácidos graxos e seus sabões, tiocarbonatos ou xantatos, sulfates de alcoila ou arila, tióis (álcoois de enxofre ou mercaptana, tiouréias, ditiofosfàtos ou aerofloats, tiocarbamatos.Industrialmente usam-se óleos naturais, como por exemplo o “tall oil” (que é um subproduto da fabricação do papel), óleo de arroz, óleo de mamona e óleos comestíveis brutos. Todos estes óleos são misturas de ácidos graxos.
Os xantatos são universalmente utilizados para a flotação de sulfetos e metais nativos.
Aminas
Composto químico, utilizado no processo de flotação com o objetivo de recobrir as partículas
de SiO2 através de reação química, dando a elas uma característica hidrofóbica (medo da água)
portanto em condição de ser flotada.
Composto orgânico formado por uma fração polar e outra apolar
polar
apolar
Aminas
Ação da amina
As polpas alcalinas que tem pH acima de 7,0 realçam a carga elétrica negativa da SiO2 devido a mesma apresentar características de cargas superficiais negativas à partir do pH 3,7.
A parte polar da amina que possui como radical NH2+, coletor catiônico com carga positiva, adsorve na superfície do quartzo, devido a atração das cargas + e – da amina e do quartzo respectivamente, enquanto sua parte apolar, composta por cadeias carbônicas, adere as bolhas de ar.
quartzo
O quartzo tornou-se apolar: aversão a água e afinidade pelo ar
Aminas
Propriedades das aminas
As aminas apresentam duas formas:
iônica e molecular.
De forma geral, a espécie iônica atua como coletora e a molecular como espumante.
Em pH 10,5 a amina apresenta-se 50% iônica e 50% molecular.
Importante: controle do pH no processo de Flotação!
Aminas
As aminas atuam também como espumante na Flotação de minérios de ferro. Considerando que espumantes custam menos que aminas, a possibilidade da substituição parcial de aminas por espumantes convencionais tem sido investigada.
Reagentes
b) Depressor: Inibe a adsorção (adesão) das partículas minerais por uma bolha de ar;
são substâncias que impedem a ação dos coletores aumentando a hidrofilicidade
Ex.
- Amido => É um polisacarídeo de cadeia macromolecular, constituído por unidades estruturais repetidas, com a fórmula básica (C6H10O5)n, de caráter polar (carga positiva).
Depressores
Depressor
Amidos: reserva energética vegetal formada pela condensação de moléculas de glicose geradas através do processo fotossintético;
(C6H10O5)n;
Principais constituintes: Amilopectina / Amilose, fibras, óleos;
Amilopectina e Amilose: efeito depressor;
Elevado peso molecular;
Elevada afinidade pelas partículas de hematita;
Depressores
Adsorção de OH- conferem um caráter levemente negativo às moléculas de amido, aumentando a repulsão entre este e o quartzo;
Além de depressor atua na seletividade da Flotação e como estabilizador da espuma;
Os amidos de milho e mandioca apresentam os melhores resultados em comparação com outras matérias primas (carboximetil celulose, fenóis, amidos de batata, etc);
Depressores
Os amidos não modificados contêm, além de substância amilácea (amilose + amilopectina), óleo, proteínas, umidade, fibras e matéria mineral.
O óleo é inibidor de espuma, sendo recomendável que seu teor não ultrapasse 1,5%. Em comparação com amidos de milho, amidos de mandioca apresentam gomas com maior viscosidade, indicativo de maior peso molecular, e teor de óleo deprezível, reduzindo o risco de inibição da ação espumante;
Necessidade de liberação da matéria ativa através do processo de gelatinização;
Depressores
Os amidos de mandioca apresentam diferenças no tempo de gelatinização e na proporção amido/soda, devendo estes fatores serem analisados antes da utilização industrial;
Além da ação depressora os amidos de milho e mandioca atuam na seletividade da flotação e como estabilizador da espuma;
A adição dos amidos deve ocorrer antes da adição da amina:
Evitar a adsorção da amina sobre os minerais de ferro;
Garantir a seletividade da flotação.
1- Amido
2- Amina
Reagentes
Agente modificador;
Funções distintas em relação aos coletores e depressores:
Modulação do pH: de extrema importância prática;
Gelatinização de amidos;
Controle do estado de agregação e dispersão de polpas;
Em geral, uma polpa dispersa favorece a flotação;
Hidróxido de Sódio (NaOH):
Reagentes
c) Espumante: Facilita a formação de bolhas de ar e lhe conferem estabilidade suficiente para não se romperem até extravazarem pelo “overflow” da máquina de flotação;
d) Modificadores ou Reguladores: Modificam o ambiente químico (principalmente quanto ao pH) aumentando a ação dos coletores e depressores.
Espumantes
Os reagentes empregados como espumantes são compostos não iônicos, geralmente pertencentes à classe dos álcoois ou éteres.
Alguns reagentes utilizados como coletores têm também poder espumante. É o caso das aminas (na flotação de minério de ferro).
Entre os álcoois o mais comumente empregado é o MBC (metil isobutil carbinol).
O óleo de pinho é um espumante de uso generalizado na flotação. É um produto natural, tem caráter ligeiramente alcalino e é usado de preferência em circuitos alcalinos.
Outro espumante utilizado é o ácido cresilico que também é um produto natural e consiste principalmente numa mistura de cresóis isômeros.
Requisitos dos espumantes:
deve ser barato e de fácil obtenção;
deve formar uma espuma duradoura e consistente para suportar a carga mineral;
deve produzir uma espuma pela adição de uma quantidade mínima possível;
deve distribuir-se na polpa de maneira fácil e completa.
Modificadores
As funções dos modificadores são variadas, tais como:
Modulação do pH
Controlam o pH (grau de acidez ou basicidade). A modulação do pH é de extrema importância prática, dele depende o rendimento em material flotado. A ação do pH pode acelerar, retardar ou mesmo anular a flotação.
É efetuada por adição de soda (hidróxido de sódio), cal (CaO), ácido sulfúrico e, raramente, ácido clorídrico.
Modulação do Eh
Os reagentes controlam o potencial eletroquímico do sistema de flotação (moduladores de Eh). É importante na flotação de sulfetos, envolvendo a adição de redutores e oxidantes e o emprego de nitrogênio como fase gasosa.
Condicionamento da Polpa
Para que o reagente possa atuar na superfície da partícula mineral (coletando-a, ativando-a ou deprimindo-a), é necessário que se dê um tempo para que as partículas minerais e o reagente tenham chance de entrar em contato. Esta operação é denominada condicionamento, e o tempo necessário para que isso ocorra é denominado de tempo de condicionamento.
Com a maioria das espécies minerais o condicionamento é feito a baixa diluição da polpa (alta porcentagem de sólidos), de modo a aumentar a probabilidade de que as gotículas de reagente e as partículas se encontrem. É uma operação realizada em tanques apropriados denominados condicionadores.
Controle do estado de agregação da polpa
Através da adição de reagentes dispersantes ou agregantes (coagulantes e floculantes) na polpa. Em geral, uma polpa dispersa favorece a flotação e uma polpa com agregante favorece o desaguamento (separação sólido-líquido).
Ativação
Através da adição de reagentes (ativadores) capazes de tomar mais eficaz e/ou seletiva a ação dos coletores. Os sulfetos de sódio são empregados na sulfetização de oxidados de chumbo, cobre e zinco.
Ph e seus efeitos na Flotação
O pH pode influenciar:
- Carga elétrica superficial das partículas (as espécies OH- e H+ são determinantes de potencial para a maioria dos minerais);
- Ação dos reagentes e o estado de dispersão da polpa;
- Ação das espécies químicas presentes na agua de processo.
- O pH tem influência mais evidente em sistemas que utilizam reagentes que se adsorvem fisicamente.
Influências do Ph
Ph nas colunas
O controle de pH nas Colunas é feito atuando-se no set-point, e sua faixa de trabalho ideal (melhor recuperação) é de 10,0 a 10,5 e é feito através da injeção de CO2 no sump que alimenta as Bombas. Nas Células Rougher o pH é controlado em torno de 10,0 e sua alteração se faz através da variação da dosagem de amido.
Para controlar o pH da Flotação, utilizam-se os seguintes recursos:
Utilizar CO2 . Maior dosagem implicará na redução do pH;
Alterar a dosagem de amido das Células. Maiores dosagens implicará no pH mais alto;
Alterar a relação de amido/soda em 6/1 ou 5/1 ;
Controlar o ph da água recirculada nos Espessadores em 7,5.
Reagentes controladores de Ph
Primeiro se ajusta o pH da polpa e, em seguida, adicionam-se os demais reagentes. A quantidade a ser adicionada varia com a natureza do minério e o pH desejado.
- Ácido sulfúrico (H2SO4)
- Ácido clorídrico (HCl)
- Hidróxido de sódio
- Hidróxido de cálcio

Tabela de Ph:
Ferro
Samarco
NaOH
10,5
Ferro
Vale
NaOH
10,5
A química de superfície na flotação
1. MINERAIS DE ZINCO E ESTÉREIS + DISPERSANTE
Willemita
Mineral Estéril
Mineral Estéril
SEM Dispersante
COM Dispersante
Tipos de Flotabilidade
Flotabilidade Natural - é aquela em que as substâncias minerais flotam sem a ação de reagentes químicos (são naturalmente hidrofóbicas).
Flotabilidade Adquirida ou Induzida - é aquela em que as substâncias minerais flotam resultante da ação de reagentes químicos conhecidos como coletores (são naturalmente hidrofílicas).
Métodos
Representação da flotação direta
R
N.A
C
C
N.A
R
Representação da flotação reversa
Em grande número de aplicações constitui o concentrado o material flotado nas espumas e diz-se que realizou-se a FLOTAÇÃO DIRETA. Quando o mineral minério (útil ou concentrado) é o não flotado diz que realizou-se a FLOTAÇÃO INVERSA.
Métodos
Circuitos Típicos de Flotação
Flotação Direta  Objetivo = Flotado
Flotação Reversa Objetivo = Afundado
Métodos
Flotação em etapas – Flotação Direta
Etapa ROUGHER
Etapa SCAVENGER
Etapa CLEANER
Concentrado Final
Rejeito Final
Alimentação Nova
Flotação Direta
Potenciais coletores:
Oleato de sódio (ácido oléico)
Outros ácidos graxos e seus sabões
Sulfatos e sulfonatos graxos
Hidroxamatos
A adsorção destas espécies promovem alta
hidrofobicidade no óxidos de ferro!
Flotação Direta
Dificuldades:
Atingir alta seletividade:
-Íons em solução precipitam espécies coletoras indiscriminadamente sobre todas as superfícies, mesmo na presença de depressores/dispersantes.
-Ativação inadvertida da superfície dos silicatos pelas espécies iônicas em solução causando também perda de seletividade.
Custo operacional elevado por causa de alto consumo específico ou de alto custo com reagentes (hidroxamatos).
Métodos
Flotação em etapas – Flotação Reversa
Etapa ROUGHER
Etapa SCAVENGER
Etapa CLEANER
Rejeito Final
Concentrado Final
Alimentação Nova
Flotação Reversa
O termo reversa significa que o minério concentrado ( útil ) é o deprimido e o rejeito é coletado no overflow . É o nosso caso, flotamos o Quartzo
pelo fato de sua massa presente ser bem menor que a massa de Hematita.
Flotação Reversa
+
+
+
Superfície do
Quartzo
Interface
-
-
-
-
-
-
-
-
-
-
Potenciais coletores:
Coletores catiônicos da família das aminas (especialmente acetatos de eteramina e éter diamina).
Flotação Reversa
Vantagens:
Menor sensibilidade a espécies iônicas dissolvidas.
Menor consumo de coletor e seu potencial uso como espumante.
Excelente combinação coletor/depressor , em termos de seletividade e de dosagem em níveis econômicos.
Boa modulação da coleta através do pH.
Flexibilidade para o emprego de espumantes sintéticos e/ou surfatantes não iônicos como reforçadores quando necessário.
Alto grau de hidrofobização do quartzo por aminas.
Potencial reutilização da amina por dessorção seletiva.
Flotação Reversa
Desvantagens:
Na presença de hidróxido de alumínio, a seletividade é afetada pois os silicatos podem ser co-deprimidos pelo amido.
Custo relativamente alto do coletor.
Espumas mineralizadas de difícil manuseio, requerendo, por exemplo, dimensionamento de bombeamentos com altos fatores de espuma.
Princípios
Realiza-se a flotação em um equipamento que denominamos célula que consta do seguinte:
1 - Caixa ou tanque de polpa;
2 - Sistema de agitação com dispositivo (ou não) de aeração para facilitar a formação de bolhas
de ar;
3 - Sistema de retirada (opcional) de espumas mineralizadas (pás);
4 - Dispositivo de retirada do afundado.
MINERAL ADSORVIDO
PELA BOLHA DE AR
AR
CÉLULA
POLPA
ESPUMA
MINERALIZADA
BOLHAS DE AR
Células Mecânicas
Tratam-se de tanques projetados para receber a polpa alimentada, continuamente, por uma das suas faces laterais e descarregá-la pelo lado oposto. Cada unidade destes tanques é chamada de célula. Podem ser usadas células individualizadas mas a regra é agrupar conjunto de duas ou mais. Numa extremidade do conjunto é instalado um compartimento de alimentação e na extremidade oposta, um compartimento de descarga. Este inclui um dispositivo de regulagem do nível de polpa dentro das células.

VIDEO FLOTAÇÃO
Células em Coluna
Tratam-se de células pneumáticas cujo comprimento foi aumentado e que foram melhoradas pela incorporação dos seguintes mecanismos:
Alimentação dos sólidos no terço superior. Os sólidos tendem a afundar e nessa corrente descendente, encontram as bolhas de ar que foram introduzidas na porção inferior. Estes dois movimentos em contra-corrente se realizam em condições de baixa turbulência, que permitem obter concentrados mais puros e melhores recuperações.
Divisão da zona de espuma em duas seções distintas:
- a seção de limpeza das partículas de deprimido e das partículas mistas fracamente aderidas à espuma;
- a seção de drenagem, onde apenas a espuma estabilizada tem condições de persistir.
Vantagens da coluna de flotação:
Aumento de recuperação com maior probabilidade de adesão partícula-bolha;
Aumento da seletividade devido ao controle da altura da camada de espuma e água de lavagem;
Possibilidade de substituição de bancos completos de células mecânicas por coluna de flotação devido ao seu maior rendimento metalúrgico;
Diminuição do custo de fabricação devido a sua simplicidade construtiva;
Diminuição dos custos de manutenção devido principalmente à ausência de partes móveis;
Simplicidade e baixo custo de instrumentação;
Diminuição de peças de reposição.
Células em Coluna
Células em Coluna
Desvantagens da coluna:
Baixa área específica da superfície livre para transbordo do concentrado;
Maior sensibilidade para granulometria grossa;
Menor valor de borda para transbordo do concentrado.
Controles da Flotação
Ajuste das Variáveis Operacionais :
a) Vazão de ar
É uma das variáveis mais importantes e tem um efeito significativo sobre a recuperação do mineral flotado. Dentro dos limites de estabilidade da coluna a recuperação do mineral flotado é normalmente crescente com o aumento da vazão de ar até atingir seu valor máximo.
Um excesso significativo da vazão de ar pode prejudicar o processo da flotação devido à turbulência, perda da seletividade, perda da interface polpa-espuma com a formação de espuma na zona de coleta e aumento do tamanho da bolha.
O “hold up” do ar é definido como a porcentagem que o ar ocupa na zona de coleta. Acima de 30% de hold up ocorre turbulência na coluna.
Controles da Flotação
Ajuste das Variáveis Operacionais :
b) Vazão de água de lavagem:
A vazão de água de lavagem na camada de espuma (l a 3 cm/s) tem três funções básicas:
Substituir a água da alimentação na fração flotada diminuindo o arraste hidráulico de partículas hidrofílicas;
reduzir a coalescência das bolhas;
aumentar a seletividade do processo sem perda de recuperação.
c) Altura da camada de espuma:
É uma variável importante na seletividade do processo de flotação. As colunas de flotação trabalham com camadas de espuma que variam de 0,5 a l ,5 m. Se o objetivo é obter maior seletividade entre as espécies hidrofóbicas, recomenda-se trabalhar com camadas de espuma maiores.
Principais empresas produtoras do Minério de Ferro no Brasil
Empresas que realizam a flotação do minério de ferro no Brasil
Vale
Anglo American
Samarco
Namisa
Referências Bibliográficas:
COELHO, Lucas. Concentração por flotação. Disponivel em:
<http://pt.scribd.com/doc/259144261/Concentracao-Por-Flotacao#scribd> Acesso em 15/05/2015
COSTA, Fernando teixeira. Países produtores de minério de férro. Disponível em:
<https://fernandonogueiracosta.wordpress.com/2014/12/30/paises-produtores-de-minerio-de-ferro/> Acesso em 16/15/2015
NASCIMENTO, Débora. Flotação Anionica de Minério de Ferro. Disponível em: <http://www.ifmg.edu.br/site_campi/v/images/arquivos_governador_valadares/Debora.pdf> Acesso em:16/05/2015