Operações Unitárias Aula 06

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Operações Unitárias
Prof.: Esdras Passos
Conteúdo: Aula 06
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E este atualmente o método mais importante de concentrar minérios.
A flotação se baseia na separação de partículas pela diferença de composição material entre as fases envolvidas, através da submissão de suas superfícies seletivamente hidrofóbicas a adequados solventes. 
Flotação
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Princípio 
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Tensoativos
Os tensoativos podem ser definidos como moléculas cuja estrutura química contém grupos com afinidades distintas e interligadas, ou seja, uma cabeça polar ou hidrofílica ligada a uma cauda apolar ou hidrofóbica. 
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Os tensoativos possuem propriedades, dentre as quais, destacam-se: capacidade de formar bolhas e espumas na superfície de um líquido e a se adsorver nas superfícies ou interfaces líquido-líquido, líquido-gás e sólido-líquido, promovendo a redução significativa da tensão superficial ou interfacial.
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Propriedades Diferenciadas da Flotação
 Minérios Polares: Afinidade pela (Hidrofílicos);
 Minérios Apolares: Afinidade pelo ar (grafite, molibdenita, talco, carvão e ouro livre de prata) (Hidrofóbicos);
 Hematita e Quartzo: naturalmente polares (Hidrofílicos).
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Processo de adsorção
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Processo de adsorção
A adsorção é geralmente utilizada para reter as espécies dispersas em uma superfície sólida, mas este processo pode também acontecer na interface gás-líquido. Quando as bolhas gasosas passam através de uma coluna líquida, o soluto, adsorvido na interface líquido gás, é arrastado pelas bolhas em direção ao topo da coluna líquida, onde ele pode ser removido. Este processo é chamado de sublação
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Célula de Flotação
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Distribuição de Ar 
A vazão de ar é uma das variáveis mais importantes no processo de flotação em coluna e tem um efeito significativo sobre a recuperação do mineral flotado.
A velocidade superficial do ar (Jg) é definida como sendo a relação entre a vazão de ar (Qg) em CNTP e a área da seção transversal da coluna (Ac). Para condições típicas de operação a velocidade superficial do ar situa-se entre 1 e 3 cm/s para minérios. 
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A probabilidade de ocorrer a flotação de uma dada partícula mineral é descrita como sendo um produto de três probabilidades individuais, conforme apresentado na equação a seguir: 
P = PA ∗PC ∗ (1−PD) 
Onde: 
P = probabilidade de flotação; 
PA = probabilidade de adesão entre partículas hidrofóbicas e bolhas de ar; 
PC= probabilidade de colisão bolha-partícula; 
PD= probabilidade do rompimento bolha-partícula. 
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Flotação por Espumas (Froth flotation)
É o processo mais comum e o mais importante. Neste processo, os minerais hidrofobizados dispersos, no meio aquoso, são coletados por bolhas de ar e arrastados à superfície, sendo removidos na camada de espumas por transbordo ou mecanicamente. Os minerais hidrofílicos permanecem na fase aquosa acompanhando o fluxo de água.
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Flotação em Película (Skin flotation) – 
É o processo de separação de minerais utilizando
as propriedades da interface água/ar. Neste processo, os minerais são despejados lentamente na superfície da água, as partículas hidrofílicas se molham e afundam e as partículas hidrofóbicas permanecem na superfície sem se molhar, sendo removidas por transbordamento.
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Flotação em Óleo (Bulk oil flotation) –
É o processo de separação de minerais utilizando as propriedades da interface água/óleo. Neste processo, as partículas minerais são agitadas em uma suspenção água/óleo. Após repouso do sistema binário (água/óleo), as partículas hidrofílicas molhadas afundam e as partículas hidrofóbicas se concentram na interface água/óleo.
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Flotação Carreadora (Carrier flotation) – 
É o processo de flotação usado para recuperar partículas ultrafinas, utilizando-se minerais com granulometria grosseira previamente hidrofobizado. As partículas ultrafinas hidrofóbicas aderem às partículas grosseiras, que são carreadas pelas bolhas de ar e então flotadas.
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Eletroflotação – 
É o processo de flotação onde as bolhas de gás são geradas pela decomposição eletroquímica da água.
Flotação em floco (Floc flotation) – 
É um processo de flotação utilizado para recuperação de partículas finas após a sua agregação seletiva das mesmas. Após a agregação seletiva, os flocos formados são flotados de modo tradicional.
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Destruição da Espuma
Frequentemente é necessário quebrar a espuma. Isto é feito pela adição de antiespumantes na calha do concentrado ou por jatos de água de alta pressão.
Cinética de Flotação
As velocidades com que as espécies minerais são removidas da célula obedecem a leis semelhantes às da cinética química. Assim, pode-se falar em cinéticas de flotação de ordem zero, de primeira ordem e de segunda ordem.
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As amostras dos diferentes flotados (e também a do deprimido) são secadas, pesadas e enviadas para análise química, para a dosagem de A e B. Com os resultados obtidos, é possível calcular as recuperações de A e B.
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Existe então um tempo de residência ótimo em que a recuperação de A é boa e a contaminação de A com B (relação de mA e mB) é aceitável.
O tempo de residência é, portanto, uma variável crítica para o dimensionamento e operação dos circuitos de flotação. Muitos processos de flotação podem ser controlados quanto à sua seletividade pela consideração correta do tempo de residência, como é o caso dos carvões minerais.
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O evento de uma partícula de mineral útil ao passar para o concentrado de uma operação de flotação, depende do sucesso de uma série de eventos independentes:
(i) a partícula deve entrar em contato com o coletor;
(ii) o coletor deve adsorver sobre a superfície da partícula;
(iii) a partícula coletada deve colidir com um número de bolhas de ar suficiente para torná-la leve a ponto de flutuar;
(iv) a partícula não pode desprender-se das bolhas durante o percurso ascendente;
(v) a partícula deve permanecer dentro da espuma e escorrer para a calha de concentrado.
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Exercícios
1) Na figura abaixo represente um processo de Coluna de Flotação. Calcular o Rejeito em t/h,% de Cu e % de umidade? 
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Circuito de Flotação:
Como em toda operação de concentração, também para a flotação é difícil obter o teor e a recuperação desejados numa única etapa. Genericamente, executa-se uma primeira flotação, chamada “rougher", onde se obtém um concentrado pobre e um rejeito que ainda contém teores dos minerais úteis. 
O concentrado é re-lavado numa segunda flotação, denominada "cleaner", onde é produzido um concentrado final e um rejeito de teor elevado. 
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O rejeito rougher é repassado numa outra flotação, chamada “scavenger”, onde se obtém um rejeito muito pobre(rejeito final) e um concentrado que reúne os minerais úteis que estavam no rejeito rougher, mas que é pobre para ser considerado produto final.
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2) Em uma operação de flotação, como a descrita no fluxograma abaixo, a unidade de células debastadora
(rougher) recebe 1000 ton/dia de alimentação. Calcular, com base nos dados seguintes, a capacidade em ton/dia para Cleaner e Scavenger de processamento?
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Dados: