TEOU Cap 8 Flotação

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07/06/2016
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Flotação
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PROFª SANDRA CRISTINA DANTAS
Flotação
Desde a descoberta da fusão dos metais nenhum
outro processo foi tão importante para o aumento
da produção dos minerais e, consequentemente,
para o desenvolvimento da sociedade nos seus
moldes atuais.
Sem o desenvolvimento da flotação em espumas
a indústria mineradora não existiria como a
conhecemos hoje.
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Flotação
As primeiras operações de processamento mineral
utilizando o processo de flotação datam do início do
século passado.
Durante os últimos cem anos, observou-se um
desenvolvimento contínuo da tecnologia envolvida,
decorrente de investimentos em pesquisa,
principalmente durante as décadas de 1960 e 1970.
Como consequência, nos últimos trinta anos, as
aplicações do processo de flotação se multiplicaram.
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Uma publicação de 
1941 sobre estudos 
de aproveitamento 
de um minério de 
cobre na região de 
Camaquã/RS, é a 
primeira que se 
refere ao processo de 
flotação para 
aproveitamento dos 
minérios brasileiros.
Primeira aplicação no Brasil
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Flotação
No Brasil, a flotação desempenhou um papel 
fundamental para o crescimento da indústria 
mineral, principalmente para as indústrias de 
fosfato e de minério de ferro.
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Chuquicamata / Chile (mina de cobre)
Salt Lake (mina de cobre) / EUA
Pará /Brasil
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Sibéria (mina de diamantes)
Criciúma/SC (mina de carvão) 
Belo Horizonte (minério de ferro)/MG
EUA (mina de carvão)
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Áreas recuperadas 
Araxá/MG 
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Áreas recuperadas 
Araxá/MG 
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Áreas recuperadas 
Belo Horizonte/MG 
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Concentração
A concentração é a etapa em que ocorre a
separação por espécie ou seja da(s) espécie(s)
útil(eis). A separação é realizada em sistemas
dinâmicos onde se possa separá-las com base
em uma propriedade. Essa propriedade é
usualmente chamada diferenciadora, podendo
ser por exemplo: a cor, brilho, susceptibilidade
magnética, condução de cargas e propriedades
de superfície.
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Propriedades diferenciadoras 
Propriedade Técnica
Tamanho 
(mm)
Cor Catação manual e seleção ótica 50,0 a 2,0
Densidade 
(massa específica)
Concentração gravítica/
métodos densitários
≥≥≥≥ 0,1
Forma e Tamanho Peneiramento e classificação ≥≥≥≥ 0,04
Carga elétrica Separação eletrostática 0,05 a 5,0
Susceptibilidade 
magnética
Separação magnética a seco ou 
a úmido
0,1 a 5,0
Propriedades de 
superfície
Flotação, aglomeração, 
floculação ≤≤≤≤ 0,42
Radioatividade Catação radiométrica -
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Britagem Moagem Liberação + =
Mineral liberado
Mistos
Ganga liberada
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Liberação Separação
Liberação Separação Recuperação + =
Recuperação =
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Rejeito
Concentrado
Ganga Ganga Ganga
Mineral
20
30
40
50
60
70
80
90
22 24 26 28 30 32 34 36 38 40
Teor 
R
ec
u
p
er
aç
ão
Liberação Separação Recuperação + =
Mineral Mineral
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Como separar (concentrar)?
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Flotação
O método de flotação é baseado na
reatividade de superfície como propriedade
diferenciadora, sendo possível separar
materiais distintos presentes em fase
aquosa através de bolhas de ar, onde as
partículas hidrofóbicas ligam-se às bolhas e
aquelas hidrofílicas permanecem em
suspensão
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Hidrofobicidade x Hidrofilicidade
A propriedade de determinadas espécies minerais
capturarem bolhas de ar no seio da polpa é designada
por hidrofobicidade, e exprime a tendência dessa
espécie mineral ter maior afinidade pela fase gasosa
que pela fase líquida.
Entretanto, a grande maioria das espécies minerais
têm maior afinidade pela fase líquida, comportamento
este designado por hidrofilicidade.
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Hidrofóbicas ���� menos ávidas por água.
Hidrofílicas ���� mais ávidas por água.
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Polar x Apolar
Fase líquida � água
◦ Molécula polar
Fase gasosa � ar
◦ Moléculas apolares
� Substância hidrofóbica ���� superfície essencialmente não polar
� Substância hidrofílica ���� superfície polar
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Na
X Xantato 
(hidrofóbico)
Sódio 
(“mineralofílico”)
Modificação da superfície de hidrofílica 
para hidrofóbica
Ex.:
Etil xantato de sódio
- “Na” o radical Na possui afinidade com o mineral
- “X” o radical X é hidrofóbico – possui afinidade com o ar
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Na maioria dos casos é necessário apenas um recobrimento 
parcial da partícula, cerca de 15%
Adsorção
Recobrimento da superfície da partícula por uma camada 
de coletor
Mineral
Fenômenos envolvidos
X
Na
X
Na
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As partículas colidem com as bolhas que ficam aderidas 
aos seus sítios hidrofóbicos 
X
Na
X
Na
X
Na
Mineral
Fenômenos envolvidos
Colisão/adesão
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Partículas
+
Partículas Coletor Interação seletiva 
Coletor/partícula
+
adesão bolhas/partícula 
hidrofóbica
bolhas
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Partículas de calcopirita aderidas à bolhas 
de ar
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Interfaces
Sólido 
Líquido 
Gasoso
Sólido-líquido
Sólido-gás
Líquido-líquido
Líquido-gás
Sólido-sólido
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� Coletor
� Depressor
� Ativador
� Modulador de pH
� Espumantes e tensoativos
Reagentes de flotação
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Tem a função de modificar a superfície do 
mineral de hidrofílico para hidrofóbico 
Coletor
Molécula de
`Coletor
Bolha
bolha
Molécula 
de coletor
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Tem a função de inibir a ação do coletor
ou elevar a afinidade dos minerais de
ganga com a água, como por exemplo o
uso de fubá de milho na depressão de
ganga carbonática na flotação de apatita.
Depressor
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Tem a função de promover ou aumentar a
ação do coletor. Um exemplo é a adição de
ácido fluorsilícico como ativador na
flotação de nióbio do minério de pirocloro.
Ativadores
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Na flotação controla-se o pH do meio, de
forma que os coletores e depressores
possam desenvolver suas tarefas com a
máxima eficiência.
Modulador de pH 
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Na flotação tem a função de estabilizar a
camada de espuma e controlar a tensão
superficial do meio para
facilitar/controlar a geração de bolhas
(principalmente nas colunas de flotação)
Espumantes e tensoativos
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Borbulhador
10 mg/L 
Flotanol 123/93
20 mg/L 
Flotanol 123/93
30 mg/L 
Flotanol 123/93
40 mg/L 
Flotanol 123/93
50 mg/L 
Flotanol 123/93
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Ordem da adição dos reagentes
É necessário adicionar os moduladores de coleta
(ativadores e depressores) antes da adição do
coletor, pois a sua função é modificar a ação
deste.
Os reguladores têm um papel tão importante
que, quanto antes eles forem adicionados,
melhor para o circuito.
Por isso, acerta-se o pH tão logo a água é
adicionada em equipamentos denominados
condicionadores ou no próprio moinho.
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Condicionamento dos reagentes
Para que os reagentes possam
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 moléculas de reagentes
tenham chance de entrar em
contato.
O condicionamento é feito a
baixa diluição de polpa (alta
porcentagem de sólidos), de
modo a aumentar a
probabilidade de que as
gotículas de reagente e as
partículas se encontrem.
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Colunas de flotação
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Aplicações industriais no Brasil
Minério de ferro
Minério de fosfatoSulfeto de cobre
Grafite
Nióbio
Sulfeto de zinco/chumbo
Feldspato
Rejeitos de prata (escala piloto)
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Água de lavagem
Flotado
Afundado
Zona de 
limpeza
Zona de 
coleta
Sistema de geração de 
bolhas
Alimentação
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Pode ser medido através de manômetros Pode ser medido através de manômetros Pode ser medido através de manômetros Pode ser medido através de manômetros 
de água, transdutores ou transmissores de de água, transdutores ou transmissores de de água, transdutores ou transmissores de de água, transdutores ou transmissores de 
pressão:pressão:pressão:pressão:
ΔΔΔΔP diferença de pressão (P diferença de pressão (P diferença de pressão (P diferença de pressão (kPakPakPakPa))))
ρρρρslslslsl densidade da polpa (g/cmdensidade da polpa (g/cmdensidade da polpa (g/cmdensidade da polpa (g/cm
3333))))
L distância entre as medidas de pressão L distância entre as medidas de pressão L distância entre as medidas de pressão L distância entre as medidas de pressão 
(m)(m)(m)(m)
g aceleração da gravidade (m/sg aceleração da gravidade (m/sg aceleração da gravidade (m/sg aceleração da gravidade (m/s2222))))
1g
s
P
g L
∆
ε = −
ρ ⋅ ⋅
l
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Mount Polley - Canada
Concentrate
Wash Water
Air/Slurry Mixture
Feed
Air
Tails
Slurry
Cavitation
Tubes
Alimentação
Concentrado
Água de lavagem
Ar
Polpa
rejeito
Geração de 
bolhas
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Uma característica importante nas colunas de
flotação é a estrutura da espuma com a adição
da água de lavagem.
A água de lavagem tem duas funções:
- Drenar partículas de mistos e gangas da camada de
espuma;
- Proporcionar a água necessária para transportar os
sólidos coletados para o sistema coletor de
concentrado.
A velocidade superficial da água de lavagem (Jw), é
quantificada como a soma da velocidade superficial do bias
(Jb) e a velocidade superficial da água que vai para o
concentrado (Jcw).
Água de lavagem
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Alimentação + água
Água de lavagem
Flotado 
+ 
água
Efeito da água de lavagem
nas colunas de flotação
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Sem água de lavagem
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Aumento do arraste hidrodinâmico
Incremento de recuperação das 
partículas grossas
Flotado
Q
p
Alimentação
Q
f
Afundado
Q
t
Bias negativo
Redução do arraste hidrodinâmico
Partículas grossas possuem recuperação 
intermediária 
Água de 
lavagem
Flotado
Q
p
Alimentação
Q
f
Afundado
Q
t
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Água de 
lavagem
Flotado
Q
p
Alimentação
Q
f
Afundado
Q
t
Bias positivo
Arraste hidrodinâmico virtualmente
eliminado
Redução de recuperação das partículas
grossas
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0
20
40
60
80
100
0,1 0,3 0,5 0,7 0,9 1,1
Vel. superficial água lavagem, cm/s
R
e
cu
p
er
a
ç
ã
o
, 
%
0
20
40
60
80
100
T
eo
r,
 %
Recuperação
Teor
Efeito da velocidade superficial da água de lavagem na 
recuperação e teor do material flotado
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“O sistema de geração de bolhas é o coração
de uma coluna de flotação” 
Geração de bolhas
Um borbulhador eficiente é aquele capaz de produzir 
bolhas pequenas (500 – 1500 µµµµm) à velocidades 
superficiais de gás da ordem de 0,4 – 1,5 cm/s
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Os primeiros borbulhadores foram do tipo internos, e eram feitos 
geralmente com materiais que incluíam borracha perfurada, 
panos de filtros, material cerâmico poroso ou metal poroso
Placa porosa
Desvantagens:
- Difícil controle do tamanho de 
bolhas;
- Vida útil curta (2 a 4 meses), 
- Obstrução dos furos devido a 
partículas sólidas ou pela deposição 
de precipitados (principalmente 
quando se trabalha com materiais 
alcalinos);
- Impossibilidade de remoção rápida 
para inspeção ou substituição.
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Tamanho de bolhas 
controlado por fatores como 
pressão de ar e água, fluxo 
de água, dosagem de 
espumante e tamanho e 
número de orifícios nos 
injetores.
Sistemas de geração de bolhas com mistura gás-líquido
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O ar e água (ou solução espumante) são contatados numa câmara e 
a descarga é introduzida na coluna através de injetores de aço 
inox os quais têm orifícios de aproximadamente 1 mm de 
diâmetro. 
Spargers
Vantagens
- Excelente distribuição de 
tamanho de bolhas
- Alta durabilidade
Desvantagens
- Propenso a entupimento 
(requer água limpa)
- Difícil controle preciso da 
mistura ar/água
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A polpa (+ espumante) flui através do gerador, e ao passar
pela redução da área aumenta sua velocidade, ao mesmo
tempo que decresce a pressão de acordo com o princípio de
Bernoulli.
A redução de pressão suga o ar através da válvula penetrando
assim no tubo venturi. As bolhas de ar são nucleadas na
parte interior do tubo e transportadas pelo fluido para dentro
da coluna.
Se a velocidade do fluido é suficientemente alta, as bolhas são
despejadas ainda nucleadas antes de aumentar de tamanho,
produzindo assim bolhas de tamanho médio de 500-700 µm.
Sistemas de geração de bolhas com mistura gás-polpa
O aerador mais eficiente já desenvolvido é do tipo venturi
com recirculação de polpa. 
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Vantagens
- Excelente distribuição de tamanho de bolhas (bolhas
menores = maior área superficial, maior hold-up)
- Efeito scavenger
Desvantagem
- Requer sistema de recirculação de polpa
Sistemas de geração de bolhas com mistura gás-polpa
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Nchanga TLP - Zambia Sossego - Brasil
Samarco - Brasil CSN - Brasil
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Coluna de flotaçãoCélula mecânica X
design
sistema de aeração 
ausência/presença da 
água de lavagem 
tamanho médio de 
bolhas
recuperação vs teor
custo
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Referências
Tese de Doutorado de Mariana Alves dos Santos, UFU.
Livro “ Flotação no Brasil”. Teoria e Prática do Tratamento 
de Minérios. Arthur Pinto Chaves, Oficina de Textos.
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