flotação todos os tipos

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DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS 
Escola de Engenharia da Universidade Federal de Minas Gerais 
 
 
 
 
 
 
 
MONOGRAFIA 
 
 
 
 
 
Uso de Aeradores na Flotação: Histórico, Conceitos e Tendências Emergentes 
 
 
 
 
 
 
 
 
Aluno: Thiago Antônio Nepomuceno do Valle 
Orientador: Prof. Arthur Pinto Chaves 
 
 
 
 
 
Julho 2012 
 
 
AGRADECIMENTOS 
 
- Aos Professores do Curso de Especialização em Engenharia de Recursos Minerais, em 
especial ao Professor Artur Pinto Chaves pela orientação e apoio. 
 
- Aos colegas de trabalho pelo incentivo. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
SUMÁRIO 
 
 
1. INTRODUÇÃO..................................................................................................... 07 
2. OBJETIVO E RELEVÂNCIA............................................................................ 08 
3. DESENVOLVIMENTO....................................................................................... 09 
 3.1 Metodologia ............................................................................................. 09 
 3.2 Revisão Bibliográfica......................................................................... 09 
 3.3 Revisão de literatura................................................................................. 10 
 3.4 Tipos de Aeradores................................................................................... 21 
4. CONCLUSÕES..................................................................................................... 34 
5. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS.............................................. 35 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .............................................................. 36 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
RESUMO 
 
Este texto monográfico tem o objetivo de discorrer a respeito do processo de 
flotação, descrevendo os tipos de aeradores (geradores de bolhas de ar/tamanhos de 
bolhas), equipamentos esses que são utilizados na indústria mineira com vistas a 
melhores resultados. Trata-se de um trabalho que requer em sua diretriz metodológica a 
pesquisa bibliográfica, consultado os principais autores da literatura específica que 
abordam esse tema através de revistas, folders, sítios, teses, dissertações, livros entre 
outros suportes textuais. Sendo assim, tem relevância acadêmica, pois pretende suscitar 
novas pesquisas nessa área através de estudos mais aprofundados para mostrar a 
importância desses equipamentos para a sustentabilidade da extração mineral. 
Essa pesquisa é de difícil execução, pois, trata-se de tecnologia de fabricação 
patenteados, grande concorrência entre as empresas existentes no mercado, e por esse 
motivo muitos detalhes são omitidos. Outro agravante é o pequeno número de 
fabricantes disponíveis no mercado, o que diminui o número de publicações e materiais 
de pesquisa disponíveis. 
 
Palavras-chave: flotação, equipamentos, aeradores industriais, tamanho de bolha. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
ABSTRACT 
 
This monography text has as objective to discuss about the flotation process, describing 
the types of spargers (air bubbles generation / bubble sizes). These equipment are used 
in the mining industry in order to get the best results. It is a work that requires a 
methodological guideline in its literature review, consulting the principal authors of 
this specific literature. Therefore, it has academic relevance, and potential to rise up 
new research on this area through further investigation to display the importance of 
such equipment towards the sustainability of mineral extraction. 
 
Keywords: flotation equipment, industrial spargers, bubble size. 
 
 
 
 
 
 7 
1. INTRODUÇÃO 
 
O trabalho que ora se apresenta é uma revisão bibliográfica sobre os tipos de 
aeradores (geradores de bolhas de ar) equipamentos de flotação, utilizados no contexto 
dos concentradores, visando melhores resultados na indústria mineral. Sabe-se que com 
o aumento populacional o qual a humanidade vem provando ao longo das últimas 
décadas e a consequente demanda de recursos naturais não renováveis fica patente o 
desafio da indústria mineral na busca de novas tecnologias e aprimoramento das já 
existentes. Tal desafio se justifica pelo fato de se obter melhores resultados industriais e 
para atender às especificações mercadológicas, levando-se em consideração a escassez 
de jazidas com teores mais altos do elemento de interesse e a necessidade de 
beneficiamento de minérios mais complexos, teores mais baixos e granulometria de 
liberação menor. 
Diante dessa conjuntura, a flotação em espuma, ou simplesmente flotação 
destaca-se como um dos mais importantes e versáteis meios de processamento mineral 
uma vez que sua aplicação se estende a uma grande variedade de minérios com 
diferentes granulometrias, composições químicas, mineralógicas e, principalmente, 
diferentes propriedades físico-químicos. 
Na flotação, um dos mais importantes parâmetros é o ar presente em forma de 
bolhas, as quais têm o papel de carrear partículas hidrofóbicas à zona de coleta ou 
espuma. Para tal os equipamentos flotadores contam com partes geradoras de bolhas de 
ar, cujo desempenho está diretamente relacionado com o controle do tamanho e 
uniformidade de distribuição dessas bolhas de ar introduzidas no processo. Por esse 
motivo, atualmente diversos tipos de sistemas de aeração têm sido desenvolvidos e 
disponibilizados no mercado mundial. Também novos modelos de equipamentos 
flotadores, bem como seus geradores de bolhas vêm sendo desenvolvidos e estudados 
por seus fabricantes. 
Tendo em vista essas considerações, recorta-se o título “uso de aeradores na 
flotação: histórico, conceitos e tendências emergentes para a produção de um texto 
monográfico”. 
 
 
 
 
 8 
2. OBJETIVO E RELEVÂNCIA 
 
Este trabalho foi realizado com o objetivo de apresentar, comparar e verificar 
novas tendências de aeradores visando, cada vez mais, a resultados melhores dentre os 
equipamentos de flotação no contexto da indústria mineral. 
 Sendo assim, ele tem relevância acadêmica e também industrial, pretendendo 
suscitar novas pesquisas nesse contexto, bem como servir de referência básica para 
consultas dos tipos de aeradores, características, histórico dos sistemas flotadores 
existentes. Convém salientar que, com relação à flotação, existe uma gama de trabalhos 
científicos, porém no tocante aos equipamentos e especialmente aos geradores de 
bolhas, a literatura existente não se aprofundou nesse estudo o que justifica mais 
pesquisas nessa área. 
Essa pesquisa é de difícil execução, pois, trata-se de tecnologia de fabricação 
patenteados, grande concorrência entre as empresas existentes no mercado, e por esse 
motivo muitos detalhes são omitidos. Outro agravante é o pequeno número de 
fabricantes disponíveis no mercado, o que diminui o número de publicações e materiais 
de pesquisa disponíveis. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 9 
3. DESENVOLVIMENTO 
 
Nesse item discorre-se sobre a metodologia utilizada nesse estudo, discutindo e 
analisando criticamente a fundamentação teórica consultada através de livros, folders, 
documentos eletrônicos, artigos científicos, sítios de fabricantes, dissertações e teses 
sobre o processo de flotação e sua aplicabilidade na indústria mineral no que diz 
respeito aos equipamentos.É importante ressaltar que existem poucas publicações a 
respeito em revistas especializadas. As informações tiveram que ser levantadas 
principalmente em catálogos de fabricantes, manuais de operação e em conversas com 
fabricantes e operadores. 
 
3.1 Metodologia 
 
Antes de salientar as diretrizes metodológicas dessa pesquisa, é importante 
definir a palavra “metodologia”, observando seu sentido, fazendo inferências com o 
propósito desse texto monográfico. Segundo Gil (2002), a palavra metodologia significa 
o estudo dos caminhos, dos instrumentos usados para se fazer pesquisa científica, os 
quais respondem o como fazê-la de forma eficiente. Também pode ser considerada uma 
forma de conduzir um trabalho acadêmico. 
 
3.2 Revisão Bibliográfica 
 
Conforme salientado, a metodologia desse trabalho baseou-se na pesquisa 
bibliográfica, consultado os principais autores da literatura específica que abordam esse 
tema, fazendo uma breve revisão de literatura para produzir o texto acadêmico. Assim, é 
importante salientar que devido ao fato de a pesquisa ser bibliográfica, faz-se necessário 
destacar as considerações feitas por Michel (2005) a respeito dessa modalidade de 
pesquisa: 
 
A pesquisa bibliográfica é essência do estudo exploratório que deve ser 
acompanhado de anotações, registros, apontamentos que se relacionam com o 
objeto de estudo, de forma a se construir uma memória importante para o 
registro e redação do trabalho. (MICHEL, 2005, p. 32). 
 
 
Então, foi efetuada a pesquisa bibliográfica, descritiva e exploratória, que é um 
procedimento reflexivo sistemático, controlado e crítico que permite descobrir novos 
 10 
fatos e dados, relações ou leis, em qualquer campo do conhecimento. Por isso, a 
pesquisa bibliográfica não tem como objetivo elaborar ou testar hipóteses e se limita a 
buscar informações sobre o tema proposto em um estudo e principalmente, sistematizá-
las. Tem como vantagem proporcionar uma cobertura muito grande de fenômenos 
relacionados com o assunto e também é importante para estudos em que se faz 
necessário conhecer as mudanças que ocorreram no decorrer do tempo. É realizada 
utilizando materiais já publicados, como revistas científicas, artigos, jornais, pesquisas, 
monografias, dissertações e teses, livros, anais de congressos, leis, regulamentações, 
códigos e diretrizes. 
Dessa forma, as diretrizes metodológicas dessa monografia seguiram a seguintes 
estratégias: primeiramente, definiu-se o titulo, “uso de aeradores na flotação: histórico, 
conceitos e tendências emergentes”, para a construção de uma monografia que será 
apresentado ao Departamento de Engenharia de Minas – Escola de Engenharia -UFMG, 
com vistas à obtenção do título de Especialização em Engenharia de Recursos Minerais. 
Sequencialmente foi realizada a pesquisa bibliográfica. 
 
3.3 Revisão de literatura 
 
Existem vários conceitos para o processo de flotação. De acordo com Benjamim 
et al. (1998), a palavra flotação é definida da seguinte maneira: 
 
Ação de trazer as impurezas à superfície da água a depurar, mediante 
pequenas bolhas de ar; procedimento de separação de um conjunto de 
partículas, que utiliza as propriedades que certas substâncias possuem em 
meio aquoso de fixar bolhas de ar, adquirindo uma densidade artificialmente 
reduzida (utilizado, por exemplo, em Engenharia de Minas) [...]. 
(BENJAMIM et al. 1998 p. 2472). 
 
Segundo Wills et al. (2006, p. 267), a teoria da flotação em espuma é complexa 
e ainda não totalmente compreendida. Esse processo utiliza diferenças nas propriedades 
físico-químicas das partículas de vários minerais. Após tratamento com reagentes, 
algumas diferenças são criadas nas superfícies dos minerais para que a flotação possa 
acontecer, pelo contato das bolhas de ar inseridas no processo (polpa) com as partículas, 
carreando o mineral de minério no caso da flotação direta ou o mineral de ganga na 
flotação reversa. Tal técnica pode ser aplicada a partículas relativamente finas; em caso 
de as mesmas serem muito maiores, a adesão partícula-bolha será menor que o peso das 
partículas, causando seu desprendimento. 
 11 
Ainda com relação aos mesmos autores, no tocante às bolhas de ar, verifica-se 
que elas somente coletam as partículas minerais se estiverem com sua superfície livre de 
água, isto ocorre quando as partículas estão repelindo água (hidrofóbicas). Após o 
contato, as bolhas de ar somente podem continuar suportando o mineral se os mesmos 
formarem uma espuma estável. Desta forma, os reagentes utilizados na flotação em 
espuma são resumidamente os seguintes: 
 Coletores - Introduzem a característica de hidrofobicidade em parte dos 
minerais presentes no processo. 
 Espumantes - São reagentes responsáveis pela estabilidade da espuma, 
garantindo que as partículas coletadas não se soltem das bolhas de ar. 
 Modificadores - são os agentes ativadores e depressores. 
 Reguladores – são uma classe especial de modificadores que atuam 
especificamente sobre o pH, variando o carregamento elétrico das 
superfícies. 
Para Rísia (2003, p.8), o processo de flotação consiste em um método que trata 
misturas heterogêneas de partículas, suspensas em fase aquosa, que separa as partículas 
sólidas, explorando as diferenças nas características de superfícies entre as várias 
espécies presentes. Os mecanismos fundamentais para a compreensão desse processo 
são: 
 Adsorção - definida como a concentração de um determinado agente na 
interface; 
 Interface - limite entre duas fases da matéria. Existem cinco tipos de 
interface: sólido-sólido, sólido-líquido, sólido-gás, líquido-líquido e 
líquido-gás. 
Ainda conforme Rísia (2003, p.40), estão envolvidos na flotação os seguintes 
mecanismos: 
 Colisão – primeira etapa do processo, consistindo no contato entre as 
partículas minerais e as bolhas de ar. Essa etapa acontece após a moagem 
do minério, para liberação dos minerais de interesse, e o 
condicionamento da polpa com os reagentes de flotação; 
 Adesão - determinada principalmente pelo grau de hidrofobicidade da 
superfície da partícula e pelo tempo decorrido entre a colisão e a adesão 
efetiva da partícula à bolha até o rompimento da camada de hidratação. 
 12 
 Estabilidade – é a capacidade de não rompimento agregado partícula 
bolha. 
 Levitação – é a etapa de transporte através da polpa até a espuma em que 
pequenas bolhas de aproximadamente 0,4 a 0,5 mm exercem força de 
empuxo na água, correspondente a 0,03 - 0,06 mg, o que é suficiente ao 
transporte de partículas com tamanho máximo de 0,3 mm. Bolhas 
maiores também são capazes de transportar partículas maiores, porém, 
elas também podem ser transportadas por um conjunto de bolhas 
pequenas. 
 
Embasando-se nas ideias de Peres e Araújo (2006, p. 1), evidencia-se que a 
flotação em espuma compreende um processo de separação que é aplicado às partículas 
solidas o qual explora diferenças nas características de superfícies. Para os autores, 
“esse método trata misturas heterogêneas de partículas suspensas em fase aquosa 
(polpas)”. 
 Ainda de acordo com Peres e Araújo (2006, p.28), o processo de flotação 
envolve equipamentos que apresentam desempenho metalúrgico e capacidades 
compatíveis com a realidade da indústria mineral. Para os autores, no histórico da 
flotação, evidencia-se a utilização de muitos equipamentos de várias concepções, dentre 
eles pode-se exemplificar a célula de sub-aeração. 
 Segundo Peres e Araújo (1995), a probabilidade de uma partícula completar todo 
o processo de separação e separar-se na espuma se dá por três eventos, traduzidos pela 
equação: 
P=Pa.Pc.(1-Pd) 
 
 Sendo:P = Probabilidade de Flotação; 
Pa = Probabilidade de adesão entre a partícula hidrofóbica e a bolha de ar; 
Pc = Probabilidade de colisão entre a partícula e a bolha de ar; 
Pc = Probabilidade de separação entre a partícula e a bolha de ar. 
 
 Probabilidade de Colisão – é a chance de uma partícula colidir com 
uma bolha em ascensão. Devido às linhas de fluxo, a partícula deve estar 
dentro de certa área para que a chance de colisão exista. A figura 1 
ilustra esse processo. 
 13 
 
Figura 1 – Linhas de Fluxo. Fonte: Schulze (1984) 
 
Segundo Doubly e Finch (1990), quanto maiores as bolhas, mais 
importante às linhas de fluxo, quanto menores, maior o efeito inercial 
sobre elas, e, consequentemente, maiores as chances de haver colisão das 
partículas e bolhas. 
 Probabilidade de Adesão - para Doubly e Finch (1990), a adesão ocorre 
quando o filme existente entre a partícula e o gás se rompe, formado 
assim um sistema de contato entre três fases sólido-líquido-gás. O tempo 
necessário a esse processo é definido com tempo de indução ti. Assim 
considera-se que houve adesão quando o tempo de contato for maior que 
o tempo de adesão. 
 Probabilidade de Separação Partícula-Bolha – segundo Cruz (1997) 
não há grandes influências de turbulência no processo de flotação em 
coluna, com isso não se deu ênfase à probabilidade de separação 
partícula-bolha envolvida nesse processo. 
 
Rísia (2003, p.40) destaca, que na literatura a qual discorre sobre o processo de 
flotação, existem mais de trinta parâmetros os quais influenciam o rendimento 
metalúrgico desse processo. Segundo ela, as principais variáveis de influência no 
processo de flotação e que podem ser manipuladas são: 
 Dosagem e condicionamento dos reagentes; 
 pH; 
 Vazão de ar e profundidade da espuma; 
 Tempo de residência e concentração de sólidos; 
 Tamanho das bolhas; 
 Velocidade do rotor; 
 Tamanho das partículas. (RISIA, 2003, p. 41). 
 
Corroborando as ideias de Rísia (2003), infere-se que o tamanho médio das 
bolhas e sua distribuição são fundamentais no processo de flotação uma vez que o 
 14 
transporte das partículas depende diretamente deles. Pode-se destacar que bolhas 
pequenas têm elevada área superficial, o que favorece a cinética de coleta, bem como o 
transporte dos sólidos por volume de ar. Ao passo que bolhas muito grandes, têm 
pequena área de superfície para a coleta e são menos eficazes. 
 Embasando-se nessas considerações, fica patente a importância da compreensão 
dos sistemas geradores de bolhas existentes no mercado, bem como sua evolução 
histórica e tendências. Por isso, para discorrer a respeito dos tipos de aeradores, faz-se 
necessário primeiro estabelecer uma abordagem sintetizada sobre os principais 
equipamentos de flotação disponíveis no mercado. 
Historicamente, muitos equipamentos de flotação têm sido desenvolvidos para 
atender à demanda sempre crescente da indústria mineral, como por exemplo, células 
mecânicas incluindo as células de grande volume “Tank Cell”, células pneumáticas, 
Jameson Cell, colunas de flotação (equipamento que revolucionou o processo industrial 
de flotação a partir da década de 80 do século passado), Froth separators entre outras. 
Para esse trabalho recortaram-se os equipamentos de maior relevância na 
indústria mineral, destacando-se a prévia caracterização deles: 
 Célula mecânica – são tanques projetados a fim de receber continuamente um 
fluxo de polpa continuo para ser separado. Dependendo do modelo, a espuma é 
descarregada através de uma ou mais faces laterais e encaminhada por calhas ao 
seu destino por gravidade ou bombeamento. O restante do fluxo com o material 
que foi deprimido é descarregado, podendo ser rejeito final ou passando a outras 
etapas. (CHAVES, 2006, p. 34). A figura 2 ilustra esse equipamento, ao passo 
que a 3 mostra esquematicamente alguns tipos de células de flotação. 
 15 
 
Figura 2 – Máquina de flotação mecânica de sub-aeracão Wenco ). Fonte: Chaves (2006) 
 
Figura 3 – Tipos esquemáticos de células de flotação. Fonte: Chaves (2006) 
 
O avanço notado ao longo das ultimas décadas para esses equipamentos foi o 
aumento significativo de sua capacidade. Na década de 60, a capacidade das células de 
flotação existentes era de aproximadamente 2,8m³, sendo que na década de 80 as 
capacidades já haviam passado a aproximadamente 56m³. No inicio da década de 90, a 
 16 
empresa Outokumpu Mintec lançou no mercado uma célula de grande volume 
denominada “Tank Cell” que hoje já conta com capacidades de até 500m³. Tais 
aumentos só foram experimentamos devido às necessidade de maiores produções 
associadas ao maior conhecimento dos fatores hidrodinâmicos envolvidos no processo. 
A figura 4 apresenta um corte de uma unidade de flotação “Tank Cell” Outotec. 
 
Figura 4 – Máquina de flotação “Tank Cell” Outotec). Fonte: Catálogo eletrônico Outotec (2012). 
 
 Célula pneumática - são equipamentos que não possuem partes móveis, 
sendo o ar é alimentado através de um injetor no fundo das mesmas. 
Possuem um dispositivo cônico em sua parte superior com o objetivo de 
regular a altura da camada de espuma. A agitação é produzida pelo 
movimento turbulento do ar injetado no interior da célula, que é menor que o 
das células mecânicas, favorecendo a flotação tanto de partículas mais finas 
quanto grosseiras. De acordo com a literatura específica, esse equipamento é 
adequado a minérios com distribuição granulométricas mais amplas, 
densidade elevada e frágeis. (CHAVES, 2006, p. 39) 
Ainda segundo Chaves (2006), a agitação da polpa dentro da célula é 
proveniente do ar injetado. Com isso há um meio mais propício à flotação de 
 17 
partículas tanto mais finas quanto mais grosseiras, em contrapartida, há um 
maior consumo energético. 
De acordo com a Empresa Maelgwyn Mineral Services (2012), há 
um segundo tipo construtivo que incorpora diferentes características com o 
intuito de melhorar a separação em aplicações de tratamento difícil. Esse 
equipamento, denominado G Cell, utiliza a ação centrífuga e dinâmica que 
melhora a mobilidade das bolhas de ar ascendentes, promovendo a separação 
dos minerais, reduzindo o arrastamento de material de ganga. O tempo de 
residência é de 30 segundos, o que é extremamente baixo se comparado aos 
métodos convencionais, com isso têm-se volumes reduzidos, permitindo 
assim mais etapas, melhorias na separação e redução dos custos, conforme 
dados do fabricante. A figura 5 ilustra os equipamentos tanto convencional 
quanto seu derivado evolutivo. 
 
 Modelo V cell Modelo G cell 
Figura 5 – Célula Pneumática (Imhoflot). Fonte: Maelgwyn Mineral Services (2012) 
 Coluna de flotação – esse equipamento é um tanque alongado que recebe a 
alimentação a aproximadamente um terço da altura, que é distribuída 
internamente. A polpa desce em contra corrente com as bolhas de ar, que 
foram introduzidas na parte de baixo do equipamento pelo sistema de 
geração de bolhas. Essas, ao conter o mineral coletado, são transportadas 
para a parte superior da coluna e descarregadas em calhas projetadas para 
 18 
obter maior coleta e consequentemente maior recuperação em massa do 
produto. A coluna de flotação é provida de um sistema de água de lavagem 
instalado na parte superior que funciona como um filtro, utilizando a água 
para lavar as bolhas de ar, as quais contêm o mineral coletado e minimizar o 
arraste de partículas hidrofílicas. (ERIEZ, 2001). 
Esse tipo de equipamento recebeu muita atenção das indústrias de 
processamento mineral nos últimos anos por causa da capacidadede rejeitar 
valores superiores a 90% da água que normalmente sairiam juntamente com 
a espuma. Esta água é responsável pelo arraste de minerais de ganga ou de 
minerais de interesse econômico, como minerais de ferro na flotação reversa. 
Entretanto, a rejeição de água associado ao aumento do desempenho 
somente é possível se existir um fluxo de liquido na zona de espuma no 
sentido descendente a polpa. A figura 6 ilustra esse equipamento. 
 
Figura 6 – Coluna de Flotação (CPT). Fonte: Catálogo de produtos (2000) 
 Jameson Cell – concebida na década de 1980, este tipo de célula de flotação 
desenvolvido pelo professor Graeme Jameson e estudantes da Universidade 
de Newcastle, funciona com a alimentação de polpa bombeada alimentando 
uma tubulação denominada “downcomer”. Esse é o elemento gerador de 
bolhas do equipamento em que ocorre o intenso contato entre as bolhas de ar 
e partículas. A polpa pressurizada passa através de orifício, criando um jato 
 19 
de alta pressão. Esse jato gera uma depressão que aspira ar da atmosfera. A 
mistura mergulha na coluna de líquido e a energia cinética de impacto 
quebra as bolhas de ar, tornando-as muito pequenas, ao mesmo tempo essas 
colidem com as partículas, coletando-as. Já dentro da célula na parte 
denominada “Tank Pulp Zone” tem-se a separação das partículas flotadas, 
sendo que essas se dirigem às calhas de coleta de espuma e o deprimido é 
descartado pelo fundo da célula. A figura 7 ilustra esse equipamento. 
 
Figura 7 – Jameson Cell (Xstrata Technology Europe). Fonte: site: http://www.jamesoncell.com 
 Froth Separators – este equipamento foi desenvolvido na antiga União das 
Repúblicas Soviéticas Socialistas (URSS), em 1961. Seu princípio de 
funcionamento é a alimentação de polpa condicionada pelo topo do 
equipamento, que desce através de palhetas inclinadas antes de entrar na 
zona de aeração na área de espuma, as partículas hidrofóbicas são retidas 
enquanto as hidrofílicas passam através dessa zona, sendo assim separadas. 
 20 
Esse método é particularmente mais adequado à separação de partículas 
grossas. 
A polpa é alimentada pelo topo do equipamento e desce através de 
um alimentador provido de placas defletoras antes de passar pela área de 
aeração, onde recebe uma forte aeração de ar e água criando-se, dessa forma, 
uma camada de espuma. O material não flotado desce através do tanque 
piramidal sendo descartado pelo fundo da célula. Esse equipamento conta 
com duas bordas de 1,6m de comprimento cada, capazes de tratar 50t/h e 
polpas com 50 a 70% de sólidos. 
Segundo Wills et al. (2006, p. 297), embora pouco utilizado no 
mundo ocidental, este equipamento tem um grande potencial para o 
tratamento de alimentações grossa de até dez vezes a taxa de alimentação de 
máquinas mecânicas. O limite de tamanho máximo para flotação é de cerca 
de 3mm, mas não é adequado para o tratamento de finos, a faixa típica de 
alimentação deve estar entre 75µm a 2mm. A relação do tempo de flotação é 
invertida, com o aumento do tempo de flotação, havendo assim, a redução da 
recuperação, porém, aumenta-se o grau de concentração. Tal equipamento é 
ilustrado pela figura 8. 
 
Figura 8 – Máquina de flotação Froth Separators. Fonte: Lu. S. (2005) 
 21 
3.4 Tipos de Aeradores 
 
Embasando na revisão bibliográfica ora apresentada, fica patente a relação direta 
da eficiência dos equipamentos de flotação com seus sistemas geradores de bolhas, os 
quais são parte fundamental em sua forma construtiva e operacional. 
Os geradores de bolhas existentes no mercado podem ser mecanismos 
complexos com várias partes integrantes ou simples peças estáticas que por meio de 
fluxos de misturas de água, ar ou polpa ar são capazes de gerar micro-bolhas 
responsáveis pelo processo de flotação. 
Para Luz et al. (1998), um gerador de bolhas eficiente é aquele capaz de gerar 
bolhas de 0,5 a 2,0 mm de diâmetro, com a velocidade superficial de ar entre 1,0 e 3,0 
cm/s e hold up (percentual de ar presente dentro da célula em relação ao volume total) 
de 15 a 20%. Além disso, deve ter manutenção mecânica e operação fácil e ser 
produzido com materiais resistentes ao desgaste. 
 A seguir serão apresentados os tipos de sistema de aeração, separados por 
grupos de equipamentos. 
 Tipo 1 – Células Mecânicas (incluindo células de grande volume “tank 
cells”) 
Com relação ao sistema de aeração das células mecânicas, estes consistem de 
um rotor, localizado no fundo da célula, que é suportado e acionado por meio de um 
eixo vertical o qual transpassa o nível de polpa e espuma, conectando-se a um 
dispositivo polia correia ou moto redutor acionado por motor. Esse rotor fornece energia 
mecânica para manter a polpa em suspensão e promover o contato bolha-mineral. O 
conjunto de acionamento externo (moto redutor), produz um movimento rotacional da 
polpa, que gera pressão negativa dentro dela, essa capaz de aspirar o ar necessário da 
superfície, que em alguns casos é suficiente ao processo (células auto-aeradas), em 
outros se injeta ar ou mesmo outro gás dentro da célula (célula de ar forçado). As 
bolhas de ar são quebradas numa outra peça chamada estator. A revolução gerada pelo 
rotor, estator e polpa quebra as bolhas de ar, gerando bolhas pequenas, da ordem de 
1mm de diâmetro, responsáveis pelo processo de flotação. A intensidade de agitação é 
controlada a fim de se evitar perdas por baixa agitação e consequente sedimentação de 
partículas, ou agitação excessiva que, nesse caso, rompe as bolhas antes de as mesmas 
atingirem a superfície das células. A figura 9 mostra alguns dos muitos desenhos de 
rotor-estator existentes. 
 22 
 
Figura 9 – Tipos esquemáticos de rotor-estator. Fonte: Chaves (2006) 
 
A figura 10 apresenta um desenho esquemático com as principais partes de um 
sistema gerador de bolhas de células mecânicas. 
 
Figura 10 – Esquema típico de sistema gerador de bolhas - células mecânicas. Fonte: Apresentação 
NECON (2012). 
 
 23 
 Tipo 2 – Células Pneumáticas 
O termo flotação pneumática, é geralmente associada à aeração da polpa fora do 
equipamento. Os mecanismos aeradores das células pneumáticas são estáticos e 
recebem polpa pressurizada de uma bomba centrífuga, a formação das micro bolhas da 
ordem de 0,1 a 0,5mm através da passagem da mistura polpa-ar por um sistema de 
venturi montado em um tubo vertical de alimentação da célula. Esses mecanismos são 
autoaspirantes devido ao vácuo produzido pela passagem da polpa de alimentação. Essa 
mistura pode ser introduzida de duas maneiras no equipamento: por um tubo vertical 
descendente e posteriormente expelida bocais injetores no fundo do equipamento no 
sentido vertical ascendente. Por essa razão, esse modelo é chamado tipo “Vertical”, 
cujos bocais injetores são normalmente fabricados em cerâmica e metais resistentes à 
abrasão. Um segundo tipo de célula é a denominada “G-cell” que após passagem pela 
unidade de distribuição tem-se a divisão dos fluxos de alimentação e esses são 
introduzidos na célula tangencialmente, provocando uma ação centrífuga e dinâmica em 
seu conteúdo interno. A figura 11 apresenta uma célula pneumática tipo vertical em 
corte com detalhe ao sistema de aeração. 
 
Figura 11 – Sistema de aeração célula pneumática V-cell (Imhoflot). Fonte: Maelgwyn Mineral Services 
(2012) 
 
 
 24 
 Tipo 3 – Colunas de Flotação 
Segundo Chaves (2006) muitos tipos de aeradores já foram utilizados na geração 
de bolhas em colunas industriais, tais como placas porosas, tubos com paredes porosas, 
placas de orifício, meios filtrantes mantas de borracha perfuradas entre outros. As 
bolhas geradas nesses processossão da ordem de 0,5 a 2,0mm de diâmetro. 
Os tipos de sistemas de geração de bolhas para colunas de flotação podem ser 
internos e externos. As primeiras colunas de grandes dimensões eram equipadas com 
sistemas de geração de bolhas internos do tipo tubular com vários orifícios. Como 
descrito anteriormente há muitos tipos de borbulhadores para colunas de flotação, 
recortaremos então como exemplos os mais aplicáveis atualmente na indústria mineral. 
- Borbulhadores internos - os borbulhadores internos, como o próprio nome 
diz, são equipamentos internos às colunas de flotação. Vários materiais foram utilizados 
para a confecção desses, como exemplos podem-se citar: placas porosas, tubos porosos, 
tecidos (meio filtrantes), mantas de borracha micro perfuradas entre outros. 
Segundo Wheeler (1986), na década de 60, período em que as colunas de 
flotação foram desenvolvidas, utilizavam-se aeradores internos construídos em 
materiais porosos, principalmente borracha micro perfurada. Esses tinham um grande 
inconveniente devido aos constantes entupimentos e consequentes paradas para 
substituição. 
Como a evolução em sistemas de aeração para colunas começaram a ser 
utilizados os aeradores do tipo ar e água que possibilitavam a sua retirada, inspeção e 
ocasional substituição, mesmo com as colunas em operação. Esses consistiam de lanças 
com insertos de tungstênio e orifícios de 0,9 mm que eram alimentadas com mistura de 
ar e água pressurizadas gerando assim bolhas menores e mais uniformes, isso devido à 
alta pressão (em torno de 5 a 7kg/cm2), passagem em velocidades supersônicas pelos 
pequenos orifícios e posterior alívio de pressão, formando-se assim bolhas de pequeno 
diâmetro. Esse modelo apresenta a vantagem de permitir o ajuste do tamanho das bolhas 
através da atuação sobre a pressão do sistema e sobre a relação entre as vazões de ar e 
de água. Porém sua operação era muito complexa, devido à exigência de controle de 
pressão e vazão de ar e água, além de constantes entupimentos provenientes de 
impurezas presentes na água e outros inerentes do próprio processo. 
Segundo os resultados do estudo comparativo entre borbulhadores de Penna R. 
et al. (2003), o tamanho médio das bolhas produzidas por esse sistema é da ordem de 
 25 
0,7mm. A figura 12 ilustra os tipos de aeradores porosos que lançam ar e água. Já a 
figura 13 representa a orientação de montagem dos aeradores ar e água CPT. 
 
 Aerador - metal poroso Aerador – ar e água 
Figura 12 – Sistema de aeração CPT. Fonte: Manuais de divulgação (2001) 
 
Figura 13 – Orientação de montagem sistema de aeração ar e água CPT. Fonte: Canadian Intellectual 
Property Office - http://patents.ic.gc.ca (2012) 
 
Alguns anos mais tarde, o aerador do tipo lança de múltiplos orifícios, começou 
a ser substituído por um novo modelo também em formato de lança, porém com um só 
orifício na ponta, podendo esse variar o diâmetro comercialmente de 5,0mm a 7,0mm. 
Esse novo modelo contava com uma haste acoplada a uma válvula que permitia variar a 
abertura de passagem de ar controlando assim vazão e pressão do sistema. O principio 
de funcionamento desse modelo se dá pela adição somente de ar a alta pressão gerando 
velocidades supersônicas no orifício de saída da lança. Uma das vantagens mais 
significativas desse novo sistema é o não entupimento, devido ao furo ser de maior 
 26 
diâmetro e à não utilização de água (podendo conter partículas). A desvantagem foi que 
as bolhas tinham diâmetros médios maiores, sendo que para o caso de alguns minerais e 
processos houve a necessidade de se adicionar água novamente. A figura 14 ilustra esse 
tipo de borbulhador. 
 
Figura 14 – Borbulhador ar orifício único CPT. Fonte: Catálogo equipamentos CPT (2000) 
 
 As gerações seguintes desses borbulhadores contam com sistema automático de 
vedação, uma vez que a pressão de operação fica abaixo da contrapressão exercida pela 
polpa internamente à coluna de flotação. 
 Existem vários tipos de aeradores disponíveis no mercado. Alguns exemplos são 
spargers Multi mix
®
, MinnovEX'
®
 Spargers e SlamJet
®
 ERIEZ que serão descritos 
detalhadamente no desenvolvimento desse texto monográfico. A figura 15 demonstra os 
borbulhadores tipo lança Multi Mix
®
 já a figura 16, o borbulhador MinnovEX'
®
. 
 
Figura 15 – Borbulhador ar orifício único Multi Mix
®
. Fonte: Catálogo equipamentos Multi Mix (2012) 
 27 
 
Figura 16 – Borbulhador ar orifício único MinnovEX'
®
. Fonte: http://www.wizart.sk (2012) 
 
O Sistema de borbulhamento ERIEZ SlamJet é um sistema de injeção de gás, 
consistindo de uma série de simples tubos, cada um equipado com um controle 
individual de velocidade de fluxo, acionado automaticamente pelo próprio ar de 
processo. O mecanismo automático de fechamento é conectado a uma haste e uma 
válvula tipo agulha de aço inox e ponteira em poliuretano, a ponteira é provida de um 
inserto cerâmico que protege o equipamento contra desgaste. Os possíveis diâmetros 
vão de 2,50 a 7,00 mm. 
O ajuste de ar e o mecanismo de fechamento consistem de uma mola e um 
diafragma, montados no final da lança, e conectados à haste da válvula de agulha. A 
tensão na mola é pré-estabelecida na fábrica para fornecer uma pressão de “cracking” 
que é maior que a pressão estática, na coluna. Isto assegura que, na falta de pressão 
adequada, a tensão na mola posiciona a válvula de agulha na posição fechada, 
prevenindo assim o refluxo da polpa de processo. A Figura 16 ilustra o sistema SlamJet 
ERIEZ. 
 SLAMJET
Coluna
Distribuidor
de Gas
Sistema
SlamJet®
 
Figura 16 – Sistema SlamJet
®
 ERIEZ Fonte: Catálogo equipamentos ERIEZ (2012) 
 
 
 28 
- Borbulhadores externos - os borbulhadores externos são equipamentos 
estáticos que promovem a quebra das bolhas por cisalhamento ou cavitação. Nos dois 
casos, o princípio de funcionamento é o mesmo, e se dá pela tomada constante de uma 
porção da polpa na base da coluna, por uma bomba centrífuga, e essa polpa é recalcada 
até um anel de distribuição denominado “manifold de polpa”, de onde se derivam as 
linhas para a quantidade necessária de borbulhadores do sistema. Logo antes de a polpa 
pressurizada passar pelo borbulhador, faz-se a injeção de ar comprimido, completando 
assim a mistura necessária à formação das microbolhas. Os diâmetros médios das 
microbolhas geradas por esse tipo de sistema são menores que 0,5mm, o que possibilita 
o aumento na recuperação nas frações finas e ultrafinas. Outra vantagem desse modelo é 
que promove a recirculação de parte do deprimido, promovendo maior contato entre 
partículas e bolhas e dando uma chance a mais aos minerais presentes no rejeito de 
serem coletados. A figura 17 mostra uma instalação típica desse sistema. 
 
 
Figura 17 – Montagem típica do sistema de recirculação. Fonte: Catálogos ERIEZ (2010). 
 
O borbulhador que se utiliza de cisalhamento para a geração de bolhas, consiste 
de um tubo aletado internamente. As aletas estão dispostas a 45° em relação ao eixo do 
tubo e fabricadas com um material cerâmico de alta resistência à abrasão. A figura 18 
ilustra esse tipo de aerador. 
 29 
 
Figura 18 – Borbulhador (gerador de bolhas por cisalhamento) Fonte: desconhecida. 
O sistema de aeração tipo cavitação da ERIEZ é denominado “Cavitation 
Tube
®” é um sistema baseado na cavitação, compreendendo em um tubo de injeção de 
ar em poliuretano com insertos (bicos) cerâmicos antiabrasivos. Com a passagem da 
mistura de polpa e ar através desse tubo, o ar dissolvido é então precipitado na 
superfície dos minerais hidrofóbicos. Ao passar pelo estrangulamentointerno sujeita-se 
a uma mistura intensiva com ar na seção difusora do tubo. Como resultado desse 
processo tem-se uma divisão da porção de ar existente em forma de bolhas e 
consequentemente há a diminuição extrema do diâmetro das bolhas a serem 
introduzidas na coluna de flotação. A figura 19 ilustra esse tipo de aerador. 
 
 
Figura 19 – Borbulhador gerador de bolhas por cavitação. Cavitation Tube
®
. Fonte: Catálogo ERIEZ 
(2010). 
 30 
 Tipo 4 – Jameson Cell 
Nas células Jameson, a aeração se dá no tubo denominado “Downcomer”, e é 
onde ocorre o intenso contato entre as bolhas de ar e as partículas. A alimentação da 
polpa é bombeada para dentro do “Downcomer” através de um bico injetor que cria um 
jato de alta pressão, que gera uma depressão que arrasta ar a partir da atmosfera. O jato 
penetra na coluna de líquido e a energia cinética de impacto gera pequenas bolhas com 
grande área superficial que colidem com as partículas dentro do fluido, isso associado à 
intensa agitação resulta na rápida adesão de partícula-bolha. A Figura 20 traz um 
esquema do injetor tipo “Downcomer”. 
 
Figura 20 – Borbulhador (gerador de bolhas tipo “Downcomer”) Fonte: site: http://www.jamesoncell.com 
 
 Tipo 5 – Froth Separators 
 
Nas células do tipo “Froth Separators”, o sistema de aeração é composto por 
tubos de borracha microperfuradas (40 a 60 furos por centímetro cúbico). A pressão de 
alimentação do ar é de 115 kPa. Essa aeração, logo na alimentação, promove uma 
 31 
flotação rápida, pois os aerados estão posicionados logo abaixo da camada de espuma 
como é demonstrado na figura 21 abaixo. 
 
Figura 21 – Máquina de flotação Froth Separators detalhes construtivos. Fonte: Lu. S. (2005) 
 
Outros exemplos que podemos citar são: 
 
 Células pneumáticas que operam com ar disperso ou dissolvido na água. Com 
esse método pode-se obter bolhas muito pequenas, da ordem de 0,03 a 0,12mm e 
que são geradas diretamente sobre as partículas, tendo assim um contato bolha 
partícula muito eficiente. 
 Air-Sparged Hydrocyclone, que é basicamente um ciclone provido de uma 
parede porosa interna para geração de bolhas. Com ele conseguem-se bolhas de 
diâmetro inferior a 0,1mm. As partículas coletadas se dirigem ao overflow e as 
demais saem pelo underflow. Tal processo é esquematizado pela figura 22. 
 
 32 
 
Figura 22 – Air-Sparged Hydrocyclone esquema de funcionamento. Fonte: Ye Yi – Advanced Processing 
Technologies (1991) 
 
 SIMINE Hybrid Flotation é um equipamento muito similar a uma coluna de 
flotação, que recebe a alimentação de polpa aerada em um primeiro estágio, 
sendo que esta aeração é feita fora do equipamento. E um segundo estagio é a 
aeração natural pelo fundo da célula, esse estagio funcionando como uma coluna 
de flotação convencional. 
 
Figura 23 – SIMINE Hybrid Flotation®. Fonte: VDMA Mining Suplement (2010) 
 
Existem vários outros tipos de equipamentos de flotação e consequentemente 
diferentes sistemas de aeração, porém esse estudo limitou-se aos equipamentos 
anteriormente apresentados por serem esses os mais difundidos e consolidados na 
 33 
indústria mineral. Várias empresas e universidades vêm estudando novas tecnologias 
que possam promover melhorias na eficiência tanto dos equipamentos de flotação 
quanto dos borbulhadores, além disso, existem também trabalhos de pesquisa utilizando 
reagentes tensoativos que proporcionam a diminuição do tamanho das bolhas em 
qualquer tipo de aerador. 
 
 
 34 
4. CONCLUSÕES 
 
Os avanços identificados nos sistemas de aeração são palpáveis e de grande 
retorno econômico e tecnológico para as empresas mineiras. Uma tendência importante 
verificada durante o desenrolar desse trabalho foi o movimento das empresas no 
desenvolvimento de equipamentos capazes de gerar microbolhas externas aos 
equipamentos flotadores e subsequente introdução dessa mistura polpa-ar, propiciando a 
flotação imediata do mineral de interesse. Isso é possível devido às microbolhas serem 
geradas sobre as superfícies minerais, o que facilita a adesão bolha-partícula e 
consequentemente melhora o desempenho da flotação. 
Constata-se que, historicamente, o intuito da indústria mineral está voltado para 
a aquisição de equipamentos cada vez mais eficientes ao tratamento dos minérios, 
objeto que garante a sustentabilidade dessas organizações. E, nesse tocante, o processo 
de flotação com seus equipamentos e aeradores ilustra essa tendência da 
contemporaneidade nesse setor. Portanto, o presente texto monográfico possibilitou 
utilizar o conhecimento teórico adquirido no Curso de Pós-Graduação Lato Sensu da 
UFMG e nas leituras realizadas, estabelecendo paralelos com as atividades das 
indústrias mineiras, inferindo que o processo de flotação garante uma atividade mais 
lucrativa para a empresa, uma vez que o processo se dê de forma cada vez mais 
eficiente no que diz respeito à quantidade e qualidade final do produto de interesse 
agregado a outros possíveis ganhos como reduções em consumo de ar e reagentes, 
devido a uma maior eficiência dos sistemas de aeração empregados no processo capazes 
de produzir micro bolhas com grande área superficial de coleta, correta dispersão da 
massa de ar introduzida no sistema e um efetivo contato do ar com as partículas a serem 
flotadas. 
 
 35 
5. SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS 
 
Uma vez que o ar presente na flotação é um dos parâmetros mais importantes do 
processo, justificam-se estudos aprofundados sobre esse tema, no que diz respeito ao 
tipo de equipamento flotador e consequentemente seu sistema de geração de bolhas. 
Durante o desenrolar dessa pesquisa, verificou-se que ainda há poucos trabalhos 
voltados a uma investigação mais profunda acerca da capacidade e eficiência dos 
borbulhadores disponíveis no mercado para máquinas de flotação. Razão pela qual, 
podem-se sugerir estudos mais aprofundados comparando a capacidade de geração de 
bolhas, por grupos de equipamentos, tamanhos de bolhas produzidas e gastos 
energéticos médios entre outros. Com isso, cria-se uma base de dados para consultas aos 
novos projetos a serem aplicados na indústria mineraria. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 36 
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
 
 
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