Baixe o app para aproveitar ainda mais
Prévia do material em texto
Flotação Prof. Francisco Junior Batista Pedrosa Flotação • É um processo de separação que utiliza as diferentes características de superfície dos minerais; •No Brasil é aplicada no tratamento de minerais de ferro, fosfato, nióbio, ouro, cobre, zinco oxidado, chumbo-zinco, grafita, carvão, potássio, níquel, fluorita, Magnesita, feldspato, barita, talco, tungstênio e resíduo hidrometalúrgicos contendo prata. Flotação •A seletividade do processo se baseia no fato de que a superfície de diferentes espécies minerais pode apresentar diferentes graus de hidrofobicidade; • O conceito de hidrofobicidade de uma partícula associado à sua “molhabilidade” pela água. •Assim, partículas mais hidrofóbicas são menos ávidas por água. Flotação •O conceito de hidrofobicidade e hidrofilicidade está relacionado ao conceito de polaridade, de modo que os compostos químicos se dividem entre polares e apolares; • Existe afinidade entre as substâncias polares, bem como ocorre com as substâncias apolares. •Não há, geralmente, afinidade entre substância polar e apolar (Hidrofóbicas); Flotação • Na flotação a fase líquida (água) é sempre polar, enquanto que a fase gasosa é sempre apolar; • Então a superfície das partículas minerais que deseja-se flotar deve ser apolar para se ligar ao gás (bolha) e “fugir” da água, tal situação é promovida pelo coletor. • Logo, caráter apolar caracteriza a hidrofobicidade da partícula mineral (repulsão por água). • Já as partículas minerais que não deseja-se flotar devem possuir caráter polar, isto é devem permanecer atraídas pela água, tal situação é promovida pelo depressor. • Logo, caráter polar caracteriza a hidrofilicidade da partícula mineral (atração por água). Flotação •Quando um dos minerais a serem separados não é naturalmente hidrofóbico, é necessário tornar sua superfície hidrofóbica a fim de promover a concentração mineral. • Entre os minerais encontrados na natureza muito pouco são naturalmente hidrofóbicos: grafita (C), molibdenita (MoS2), talco (Mg3Si4O10), alguns carvões (C), ouro nativo livre de prata (Au). Flotação Figura1-Partículas com superfície recoberta com camada hidrofóbica sendo aprisionadas pelas bolas. Flotação- Minerais naturalmente hidrofóbicos • A separação entre partículas naturalmente hidrofóbicas e partículas naturalmente hidrofílicas é teoricamente possível fazendo-se passar um fluxo de ar através de uma suspensão aquosa contendo as duas espécies. • As partículas hidrofóbicas são carreadas pelo ar e aquelas hidrofílicas permanecem em suspensão. • Este processo requer a produção de espuma, de modo que seja criada uma interface ar-líquido de grande área que deve ser estável (reagentes espumantes). Flotação- minerais não hidrofóbicos naturalmente • Há um pequeno número de minerais naturalmente hidrofóbicos caracteriza uma limitação ao processo de flotação; • No entanto a aplicação deste processo as partículas que não são naturalmente hidrofóbicas é possível, uma vez que os minerais naturalmente hidrofílicos podem ter sua superfície tornada hidrofóbica por meio da adsorção (concentração) de reagentes conhecidos como coletores. • Em outras palavras, a propriedade diferenciadora pode ser induzida. Flotação- aparelhos de flotação Figura 2- célula e coluna de flotação (Apostila Dominus) Flotação- reagentes modificadores ou reguladores Na maioria dos casos além dos coletores são necessários outros reagentes que são denominados modificadores ou reguladores, responsáveis por ajustar: • O pH e Eh do sistema; • Controlar o estado de dispersão das partículas; • Tornar mais seletiva a ação do coletor (ativação); • Tornar um ou mais minerais hidrofílicos imunes a ação do coletor (são os chamados depressores que pode ser feito de amido de milhos, mandioca e etc). Flotação- aplicações • O uso da técnica de flotação no tratamento de minério apresenta grande flexibilidade. • É utilizada no tratamento de carvões com teores de 80,0% de carbono e Magnesita com conteúdo em MgCO3 acima de 90,0%. • Também, é utilizada no tratamento de minérios de cobre de origem porfirítica dos quais pode ser recuperado molibdênio, sob a forma de molibdenita, com teores da ordem de 0,02%. Flotação- aplicações •A faixa granulométrica das partículas está usualmente entre 1,0mm, para carvões, e 5,0μm no caso de oxi-minerais. •No caso específico do minério de ferro, a faixa granulométrica está compreendida entre 10,0 a 250,0 μm. •Abaixo de 5 μm são as lamas que não são flotavéis. Flotação- aplicações •O uso da técnica de flotação no tratamento de minério apresenta grande flexibilidade. É utilizada no tratamento de: • Carvões com teores de 80,0% de carbono; • Magnesita com conteúdo em MgCO3 acima de 90,0%. •Cobre de origem porfirítica dos quais pode ser recuperado molibdênio (a partir da flotação de molibdenita, com teores da ordem de 0,02%); Flotação- •Conhecer as propriedades superficiais dos minerais é de grande importância para o entendimento e desenvolvimento das condições de reagentes que propiciem a seletividade no processo de flotação. •Dentre essas propriedades cita-se a carga superficial que a maior parte das partículas adquire quando postas em contato com um meio aquoso. Flotação- •Os mecanismos mais importantes de geração de carga superficial de sólidos em meio aquoso são: a) Ionização da superfície; b) Dissolução de íons; c) Adsorção de íons provenientes da solução; d) Defeitos na rede cristalina dos minerais. Flotação- particularidades •Formação de dupla camada elétrica (DCE) na interface sólido/líquido ocorre pela atração de íons de carga elétrica contrária à carga do sólido. Flotação- particularidades • Probabilidade de adesão (Pa) está diretamente relacionada ao ambiente químico predominante na flotação, isto é, essa probabilidade poderá ser influenciada pela mineralogia, pelos reagentes e condições da polpa, sendo controlada predominantemente pelas forças superficiais. • Probabilidade de colisão (Pc) é especialmente influenciada pelo tamanho da partícula, da bolha e pela turbulência do sistema. Flotação- aplicações na mineração brasileira Figura 3- Operações de Flotação no Brasil (Livro Tratamento de Minérios Vol. 4 Arthur Pinto Chaves Flotação- aplicações na mineração brasileira Figura 4- Operações de Flotação no Brasil (Livro Tratamento de Minérios Vol. 4 Arthur Pinto Chaves Flotação de fosfato em Tapira MG Figura 5- Flotação de fosfato em células mecânicas. Eh- Potencial eletroquímico/redução/redox/ potencial de oxidação de redução • Tendência de espécie química de aderir elétrons, ou seja ser reduzida. •Parâmetro importante a ser medido, principalmente na flotação de sulfetos (cobre por exemplo) que tem essa característica de ser reduzido, onde a presença de redutores e oxidantes. •Utiliza-se um potenciômetro para medição com sensor de eletrodo de platina Figura 6- Flotação de minério de ferro Samarco. Tratamento de fertilizantes- Flotação Figura 7- Fluxograma de tratamento de fosfato (Vale Fertilizantes). Tratamento de ouro- flotação Figura 8- fluxograma simplificado de tratamento mineral de ouro. Reagentes da Flotação- classificação geral Figura 9- Reagentes usados na flotação. Reagentes de Flotação • Surfactantes é termo utilizado para os regentes (orgânicos) quando estes apresentam um caráter anfipático (possui parte polar e apolar), podendo se adsorver: a) Interface sólido-líquido (atuando como coletores), afetando as propriedades elétricas nas interfaces e, consequentemente as interações entre as partículas (Bremmell et al., 1999). b) Interface ar-líquido (como espumantes), influenciando as propriedades de superfície, tais como, ângulode contato (ângulo formado entre o sólido e o gás através do líquido) e tensão superficial. Ângulo de contato •Quanto maior o ângulo de contato (formado entre as 3 fases) maior o caráter hidrofóbico (menor o caráter hidrofílico) da adsorção partícula-reagente; •Quanto menor o ângulo de contato (formado entre as 3 fases) menor o caráter hidrofóbico (maior o caráter hidrofílico) na adsorção partícula reagente; • Logo, nas partículas minerais que deseja-se flotar deve-se gerar um maior ângulo de contato possível. Moléculas Polares e Apolares •Polaridade das moléculas orgânicas: definida pela diferença de eletronegatividade que se estabelece entre os átomos dos elementos químicos. • Eletronegatividade: é a capacidade que um átomo tem de atrair para si o par eletrônico que ele compartilha com outro átomo em uma ligação covalente; Moléculas Polares e Apolares • Se há diferença de eletronegatividade na molécula, ocorrendo um deslocamento de carga, ela será POLAR- Ex.: água (H20), amônia (NH3); • Se não há diferença de eletronegatividade entre os átomos, a molécula será APOLAR- Ex.: O2, N2, Cl2, CO2; * Obs.: moléculas de gases com uma única substância são apolares Moléculas Apolares Figura 9-Hidrocarbonetos apolares. Moléculas Polares Figura 10- Compostos orgânicos polares Reagentes de Flotação- Surfactantes • Surfactante (reagentes orgânicos) é um termo genérico para um grupo de substâncias, cujas moléculas contêm: a) Grupo polar (Z) em uma extremidade- representa região hidrofílica. No caso dos coletores: o grupo polar estará em contato com a superfície mineral. b) Grupo apolar (R) na outra extremidade- representa a região hidrofóbica. No caso dos coletores: o grupo apolar estará em contato com a água (porém na presença de bolhas de ar, essa parte se adere a bolha fugindo água). Reagentes de Flotação Figura 11- Representação da molécula de surfactante. Figura 12- Representação da molécula de coletores oxigenados. Reagentes de Flotação- Surfactantes •Os grupos polar e apolar são ligados entre si. •Os surfactantes são representados pelos grupos R-Z; •O radical R está relacionado a cadeia carbônica e pode ser linear, ramificado, ou cíclica. •Milhares de variações nesse arranjo são possíveis, dependendo do tipo, número, tamanho e combinações dos grupos polares e apolares, incluindo grupos de conexão. Reagentes de Flotação- Surfactantes •Os surfactantes ainda são agrupados, segundo seus grupos polares, em: a) Monopolar: um único grupo polar é ligado ao composto); b) Multipolar: mais de um grupo polar é ligado ao composto, separando átomos de carbono de uma mesma cadeia hidrocarbônica. Reagentes de Flotação •De acordo com sua função específica, os reagentes podem ser divididos: a) Coletores; b) Espumantes; c) Modificadores/reguladores ou depressores; Reagentes de Flotação- Coletores • São surfactantes que se adsorvem seletivamente na interface sólido/líquido, tornando as partículas hidrofóbicas. Reagentes de Flotação- Coletores R é a cadeia carbônica. Figura 13- Famílias tecnológicas. Reagentes de Flotação- Coletores •Número de carbonos do coletor é maior que 6- espumante pode ser dispensável, o coletor age tanto como coletor (superfície líquido- sólido) como espumante (superfície gás-líquido). Exemplos: quartzo, hematita, calcita, apatita, silvita, halita e etc. •Número de carbonos do coletor é menor que 6: é necessário o espumante para reduzir a tensão superficial. Ex.: sulfetos- bornita (Cu5FeS4), calcopirita (CuFeS2), galena (PbS). Reagentes de Flotação- Depressores • Depressores são compostos que melhoram a interação entre a superfície do mineral e moléculas de água, além de evitar a adsorção do coletor sobre o mesmo (inibe a ação do coletor sobre a partícula mineral que não deseja-se flotar!) • Podem ser do tipo orgânico e inorgânico. • Depressores orgânicos: polissacarídeos (amidos, dextrinas e seus derivados). • Depressores inorgânicos: óxido de cálcio e o hidrosulfureto de sódio (deprime a pirita e o cobre, respectivamente). Reagentes de Flotação- Depressores Figura 14- Depressores. Reagentes de Flotação- Depressores Amido usado na flotação reversa de minério de ferro para deprimir o ferro (óxido de ferro) Figura 15- Depressores. Reagentes de Flotação- Espumantes • Líquidos puros- monopolares, polares e heteropolares (exemplos: água, querosene e álcool) não produzem espumas estáveis quando agitados com ar, de modo que as bolhas produzidas são destruídas rapidamente. • Entretanto, se uma pequena quantidade de uma substância ativadora (de superfície heteropolar) é adicionada em água, uma espuma estável é criada com a introdução de ar. Reagentes de Flotação- Espumantes • Os Espumantes devem ser solúveis o suficiente para manter uma distribuição uniforme e boas propriedades de ativação de superfície. • A solubilidade do Espumante pode variar de 0,001% até 3 a 4%. • A presença de um ou dois grupos polares na molécula dará propriedades melhores à espuma (regra geral); • Porém, um aumento no número de grupos polares com o mesmo radical não beneficia a espuma. Reagentes de Flotação- Espumantes •A força de um espumante também está ligada à estrutura e ao comprimento do grupo não polar; • É necessário mínimo de 6 átomos de carbono (no grupo não polar) para ser um espumante efetivo. •No entanto se o grupo não polar torna-se muito longo o poder espumante diminui devido ao decréscimo da solubilidade (solubilidade cai). Reagentes de Flotação- Espumantes •Tamanho das bolhas: determinado principalmente pelo espumante, que previne a coalescência entre elas, e • Os espumantes mais eficientes em reduzir o tamanho das bolhas são também os que apresentam espumas mais estáveis. Reagentes de Flotação- Espumantes •As partículas minerais chegam até a espuma: a) Via adesão seletiva de partículas hidrofóbicas nas bolhas; b)Ou carreadas junto com a água da polpa que vai para a espuma. Reagentes de Flotação- Espumantes • O carreamento é insignificante para partículas maiores que 50 μm; • No entanto, o tamanho real das partículas que são fortemente carreadas depende das propriedades da espuma. • Este fator é determinado pela concentração do espumante, mas também pela molhabilidade das partículas sólidas, concentração do coletor, distribuição e propriedades intrínsecas das partículas. Reagentes de Flotação • A Figura mostra a estrutura de uma espuma de três fases (ar/água/sólido), comumente encontrada na flotação em espuma. • Do fundo para o topo da espuma o tamanho das bolhas vai aumentando, a camada intersticial dos filmes torna-se mais fina, mas as bolhas das camadas superiores são marcadamente irregulares e os filmes são espessos. Figura 16- Esquema da flotação. Inovação tecnológica- Flotação de Fosfatos Paulo Abib • Paulo Abib foi um pioneiro no desenvolvimento do processo de flotação de fosfatos, permitindo a recuperação de fosfatos de baixo teor, além do aproveitamento do calcário que geralmente está associado ao minério de fosfato brasileiro. • Até o desenvolvimento do processo de flotação do fosfato, por Paulo Abib, o calcário era considerado um rejeito e não era aproveitado. • Seus estudos se deram na Serrana Mineração (Bunge Fertilizantes) e mais tarde sua tecnologia foi aplicada em outros importantes polos mineradores de fosfato (Araxá-MG, Tapira MG, Catalão GO); Inovação tecnológica- Flotação de Fosfatos Paulo Abib • Paulo Abib foi convidado para trabalhar na Serrana Mineração; • Naquela época o minério já estava se esgotando (mais 6 anos somente) e a empresa buscava uma alternativa para estender a vida útil do empreendimento; • Basicamente no minériorico havia apenas a concentração magnética de (separação da magnetita do mineral de interesse); • Mas para o minério pobre era necessário retirar os carbonatos (calcita e dolomita!) Inovação tecnológica- Flotação de Fosfatos Paulo Abib •Em 1962, Paulo Abib montou uma pequena planta piloto de flotação (Lapa São Paulo); •Ele tentava separar apatita (mineral de interesse) da calcita (ganga); • Isso já havia sido tentando na Flórida, África do Sul porém sem sucesso. Inovação tecnológica- Flotação de Fosfatos Paulo Abib •Era muito difícil separar os dois minerais pois os 2 eram sais de cálcio. •Os coletores tinham pouca ação e além disso havia a presença do mineral de flogopita que atrapalhava o processo. •Basicamente tanto a apatita como a calcita eram sais parcialmente solúveis de cálcio (fosfato de cálcio e carbonato de cálcio); Inovação tecnológica- Flotação de Fosfatos Paulo Abib • Problemática: • uma pequena parte das espécies minerais se dissolvem atrapalhando todo o processo, além disso tanto a apatita como a calcita são reconhecidas pelo coletor como uma única espécie mineral; • Logo a única maneira de promover a separação era o desenvolvimento de um depressor que deprimisse a calcita e além sequestrassem o íons dissolvidos em suspensão (que atrapalham o processo), foi exatamente isso que Paulo Abib fez! Inovação tecnológica- Flotação de Fosfatos Paulo Abib •O processo foi patenteado como Processo Serrana foi aplicado no Brasil e outras partes do Mundo (EUA); •No processo Serrana utiliza-se como coletor de fosfato o ácido graxo e como depressor amido (que atua na depressão dos carbonatos). •O amido além de atuar como depressor, sequestra os íons de carbonato em solução, limpando a solução e a superfície da apatita, desse modo permitindo a coleta seletiva da apatita pelo ácido graxo (coletor). Operações auxiliares a Flotação Além da flotação propriamente dita, outras operações auxiliares estão envolvidas em etapas anteriores a flotação. São elas: • Adensamento de polpas (aumentar a porcentagem de sólidos); • Atrição (“scrubbbing”): remoção de argilas e óxidos na superfície das partícula mineral; • Deslamagem: para eliminar os finos e argilominerais nocivos ao processo de flotação. • Condicionamento (inclui-se a adição e dosagem de reagentes de Flotação); Flotação- Atrição • A atrição das superfícies das partículas minerais é realizada em equipamentos especiais, denominados células de atrição geralmente seguida pela Deslamagem; • A atrição tem a função de retirar a camada de lamas que estão presas a superfície das partículas minerais. Flotação- Deslamagem • Maioria dos minerais a flotação é realizada após a Deslamagem prévia, com exceção dos sulfetos; • Há uma dificuldade para estabelecer qual é a granulometria das lamas! • Em geral: a) Partículas entre 100 e 10 micrômetros são finos; b) Partículas entre 10 e 1 micrômetros são ultrafinos; c) Partículas abaixo de 1 micrômetros são coloides; d) Lamas estão na faixa de ultrafinos e coloides (abaixo de 5 micrômetros); Flotação- Deslamagem •Na prática a Deslamagem não é feita em 10 micrômetros, •A granulometria de corte (na Deslamagem) é definida de acordo com o consumo exagerado de reagente e perda de seletividade do processo de flotação. Flotação- Deslamagem Figura 17- Circuito de deslamagem (JKSIMET- autores: Dimas Neto, Francisco Pedrosa, Rafael Barroso). Flotação-Condicionamento • O condicionamento tem a função de colocar em contato os reagentes com as partículas minerais. • É realizado em tanques cilíndricos denominados de condicionadores. • O diâmetro dos condicionadores é igual, ou muito próximo a altura do mesmo. Flotação-Condicionamento Considerações sobre o condicionamento: • O condicionamento de depressores e ativadores precisa ser feito antes do condicionamento dos coletores, em condicionadores separados destes. • Quanto maior a porcentagem de sólidos no condicionamento, maior a chance das gotículas dos reagentes se aderirem a superfície da partícula e assim dar início a coleta. • O tempo de condicionamento precisa ser determinado experimentalmente para cada minério e para cada condição operacional. Etapas de flotação • Em tratamento de minério é difícil obter o teor e a recuperação desejados em uma única etapa. Figura 18-Flotação Direta. Etapas de flotação • Na flotação (DIRETA) executa-se: • Etapa Rougher: na qual se obtém um concentrado pobre e um rejeito com um certa quantidade de minerais de interesse. • O rejeito Rougher segue para outra etapa denominada Scavenger, recuperando o que ainda tem valor (flotado do scavenger) mandando-o de volta a alimentação da etapa Rougher. O deprimido do scavenger é o rejeito final (barragem). • O flotado da etapa Rougher alimenta uma etapa denominada Cleaner, na qual o flotado é o concentrado final e o afundado retorna a alimentação da etapa Rougher. Etapas de flotação • Na flotação reversa (minério de ferro) basta chamar a etapa de Cleaner como Scavenger e a etapa Scavenger como Cleaner: Figura 19- Flotação reversa de minério de ferro. Aeração no Processo de Flotação • A utilização do “ar” em um processo de flotação é de grande importância. • A condição necessária para que ocorra flotação: colisão entre partículas e bolhas. • A probabilidade de a colisão ocorrer aumenta com a taxa de aeração. Entretanto, o aumento exagerado da taxa de aeração pode acarretar um aumento exagerado do tamanho das bolhas. Aeração no Processo de Flotação • Na Flotação reversa, a adição de pouco ar pode acarretar perda na qualidade do produto, pois partículas que deveriam flotar afundam para o concentrado (resultado da pequena probabilidade de colisão entre partículas e bolha. • Já a adição excessiva de ar pode conduzir a baixas recuperações , a separações pouco seletivas, resultado de um intenso arraste. Flotação- Tamanho das bolhas • Bolhas com os menores tamanhos possíveis devem ser produzidas, uma vez que, fisicamente, partículas colidindo com uma fração da superfície da bolha distante do seu eixo não aderem à superfície. • A presença de várias bolhas tende a aumentar a eficiência de colisão, logo tende a melhorar a eficiência do processo. Bibliografia • Livro Tratamento de Minérios Vol 4- Arthur Pinto Chaves e demais autores. • Apostila Dominus.
Compartilhar