12 – FLOTAÇÃO

12.1 – INTRODUÇÃO

A flotação é um processo de concentração dos mais utilizados na indústria mineral, e se baseia na separação seletiva dos constituintes através da diferença entre as propriedades de superfície das substâncias minerais contidas no minério e previamente liberadas. Patenteado em 1906, esse processo tem tornado possível o aproveitamento econômico de minérios complexos ou com baixo teor. Sua aplicação estende-se a uma grande variedade de minérios com características diversas no que diz respeito à granulometria, à composição química e mineralógica e, principalmente, às diferentes propriedades físico-químicas de superfície dos minerais constituintes. Vários parâmetros podem ser usados como medida da seletividade de separação; tais como: relação de enriquecimento (razão entre teor de concentrado e de alimentação) ou pela eficiência. Costuma-se definir a eficiência da operação por:

Onde:R – recuperação;c – teor no concentrado;a – teor na alimentação;cmáx – teor máximo no concentrado para recuperação de 100% (ou máxima).

Naturalmente, a eficiência depende da seletividade do processo de flotação, a qual baseia-se no fato de diferentes espécies minerais poderem apresentar (naturalmente ou de modo induzido) diferentes graus de hidrofobicidade – ou de hidrofilicidade. O conceito de hidrofobicidade de uma partícula está associado à “molhabilidade” desta partícula pela água.

Existem partículas que apresentam uma grande afinidade pela água e, portanto, tendem a ficar em solução – partículas hidrofílicas. No entanto, outras, na presença de uma corrente de ar, tendem a ir para superfície da solução justamente por não apresentarem afinidade com a água – partículas hidrofóbicas. Os conceitos de hidrofobicidade e de hidrofilicidade estão associados à polaridade dos compostos químicos.

Uma substância pode ser classificada como polar ou apolar em função de apresentar ou não um dipolo permanente (ou instantâneo, devido a flutuações quânticas das nuvens eletrônicas e orbitais moleculares). A água, por exemplo, é uma substância polar, uma vez que o somatório de suas cargas internas não se anula, ao passo que o ar é uma substância apolar. Não existe afinidade entre uma substância polar e outra apolar, mas duas substâncias apolares ou duas polares apresentam uma grande afinidade entre si. Nos sistemas de flotação, a fase líquida é sempre a água e a fase gasosa é quase sempre o ar.

Assim, pode-se dizer que uma substância hidrofílica é aquela cuja superfície é polar, apresentando, portanto, maior afinidade pela água que pelo ar, ao passo de que uma

158

substância hidrofóbica é essencialmente não polar, tendo mais afinidade com o ar do que com a água.

Teoricamente, é possível se separar partículas hidrofóbicas de partículas hidrofílicas pela passagem de um fluxo gasoso (em geral ar) através de uma suspensão aquosa contendo os dois tipos de partículas. As hidrofílicas permaneceriam na suspensão e as hidrofóbicas seriam arrastadas pelo ar.

No entanto, se os surfactantes e modificadores presentes não forem eficazes para o devido abaixamento da tensão superficial, o fluxo de ar não será suficiente para realizar essa separação, sendo necessária a adição de reagentes conhecidos como espumantes, os quais permitem a formação de uma espuma estável e, conseqüentemente, dão condições à realização da separação.

Os conceitos de adsorção e de interface são fundamentais para melhor compreensão dos mecanismos do processo de flotação. A adsorção pode ser definida como a concentração de uma determinada espécie química na interface, sendo esta a região limite entre duas fases da matéria. As interfaces podem ser: sólido-sólido, sólido-líquido, sólido-gás, líquido-líquido e líquido-gás.

A grande maioria dos minerais encontrados na natureza é naturalmente hidrofílica. Citam-se a molibdenita (MoS2), a grafita e o talco (Mg3Si4O10(OH)2) como por exemplo de minerais naturalmente hidrofóbicos. Minerais naturalmente hidrofílicas podem ter suas superfícies tornadas hidrofóbicas via adsorção de reagentes conhecidos como coletores. Tipicamente os coletores atuam na interface sólido-líquido e os espumantes atuam na interface líquido-gás (embora um coletor possa efetuar ambas as funções).

Existem, ainda, reagentes denominados modificadores ou reguladores, que podem aumentar a seletividade da interação entre coletores e partículas minerais. E é justamente a seletividade o que se busca em qualquer separação. Por esse motivo, os coletores devem ser seletivos, atuando apenas nas partículas minerais que devem ser separadas por flotação, deixando as demais na suspensão aquosa.Um dos reagentes reguladores que auxiliam nessa separação é o depressor, o qual tem caráter hidrofílico e, ao se adsorver na superfície das partículas que devem permanecer na suspensão, aumenta sua afinidade pela água, impedindo, com isso, a ação dos coletores e aumentando, portanto, sua seletividade.

Assim como os coletores, os depressores também atuam na interface sólido-líquido.

Outros exemplos de agentes reguladores são os reguladores de pH, dispersantes e reforçadores de coleta ou extensores de cadeia.

É importante lembrar que a seletividade do processo de flotação também está intrinsecamente relacionada à liberação do material de interesse. Logicamente, é necessário que os minerais de interesse se apresentem liberados dos minerais de ganga, para se efetuar a flotação.

12.2 - REAGENTES DE FLOTAÇÃO

159

Os reagentes de flotação são compostos inorgânicos ou orgânicos empregados com o objetivo de controlar as características das interfaces envolvidas no processo. Qualquer espécie orgânica ou inorgânica que apresente tendência a concentrar-se em uma das cinco interfaces possíveis é um agente ativo na superfície.

Os reagentes em um sistema de flotação podem ser classificados de acordo com seu papel no processo, em coletores, espumantes e modificadores ou reguladores, conforme apresentado anteriormente.

Os reagentes denominados coletores ou espumantes são substâncias orgânicas, que do ponto de vista químico, são denominadas surfactantes. Esses reagentes constituem uma classe importante de compostos químicos amplamente utilizados em diversos setores industriais, sendo que a grande maioria dos surfactantes disponíveis comercialmente é sintetizada a partir de derivados de extratos vegetais e de petróleo. Entretanto, o crescimento da preocupação ambiental entre os consumidores, combinado com novas legislações de controle do meio ambiente tem levado à procura por surfactantes naturais como alternativa aos produtos sintéticos.

A palavra surfactante vem do inglês “surfactant”, e se refere a moléculas que apresentam um caráter anfipático, ou seja, possuem um caráter duplo, do tipo R-Z, consistindo de um grupo não polar (R) e um grupo polar (Z). A porção apolar é, freqüentemente, uma cadeia hidrocarbonada, linear, ramificada ou cíclica, que não possui um dipolo permanente, representando, portanto, a parte hidrofóbica da molécula.

A porção polar consiste de um agregado de dois ou mais átomos ligados de forma covalente, possuindo um dipolo permanente, podendo ser iônica (aniônica ou catiônica), não-iônica ou anfotérica. Essa porção representa a parte hidrofílica da molécula.

Em função da presença de grupos hidrofílicos e hidrofóbicos na mesma molécula, os surfactantes tendem a se distribuir nas interfaces entre fases fluidas com diferentes graus de polaridade (óleo/água e água/óleo), como se vê na Figura 3.1. A formação de uma película molecular, ordenada nas interfaces, reduz a tensão interfacial e superficial, sendo responsável pelas propriedades únicas dos surfactantes.

Estas propriedades fazem os surfactantes serem adequados para uma ampla gama de aplicações industriais. Dentre elas se destacam a emulsificação, capacidade espumante e dispersão de fases.

160

Figura 12.1 – Estrutura química de surfactantes: ácidos graxos: (a) – saturados; (b) – insaturados (na parte superior mostram-se as moléculas isoladas e na inferior associação termodinamicamente estável em interface polar-apolar, estando as cabeças carbonílicas dirigidas para a fase polar). Note-se também que na natureza a configuração isométrica cis da dupla ligação é a mais comum (em detrimento da trans).

Quando os surfactantes se adsorvem na interface sólido-líquido, alterando as propriedades da superfície mineral, passando-a de hidrofílica para hidrofóbica, ele estará agindo como coletor. Por outro lado, se estiver atuando na cinética da ligação bolha/mineral (interface sólido-gás) e na estabilização da interface suspensão aquosa/ar (interface líquido-gás), ele estará agindo como espumante. Os surfactantes desempenham, portanto, dois importantíssimos papéis na flotação. Alguns exemplos de surfactantes iônicos utilizados comercialmente incluem os ácidos graxos, os polifosfatos, os sulfonatos, os ésteres sulfatados ou sulfatos de ácidos graxos (aniônicos) e sais de amônio quaternário (catiônico).

Atualmente, nos países industrializados 70-75% dos surfactantes consumidos são de origem petroquímica, enquanto que nos países em desenvolvimento os compostos de origem natural predominam. Entretanto, nos países industrializados existe uma tendência para a substituição dos surfactantes sintéticos pelos naturais.

161

Esta tendência é movida pela necessidade de produtos mais brandos, pela necessidade de substituição de compostos não biodegradáveis (alquil-benzenos ramificados) e pelo aumento da especificidade dos produtos. Os surfactantes mais importantes em relação à flotação podem ser agrupados em três classes: tio-compostos – compostos orgânicos onde há o enxofre ligado a átomo que não oxigênio; sendo que agem primariamente como coletores de sulfetos metálicos; compostos ionizáveis não-tio – que podem agir como coletores ou como espumantes; compostos não iônicos – que agem primariamente como espumantes. Os surfactantes utilizados em flotação são supridos às interfaces através de uma fase aquosa. Dessa maneira, devem ser utilizados reagentes com alguma solubilidade em água. Em alguns casos, hidrocarbonetos insolúveis ou óleos são utilizados, mas eles devem ser previamente dispersos em água, sob a forma de emulsões, estabilizadas com o auxílio de surfactantes solúveis. A quantidade de coletores e espumantes que deve ser adicionada ao sistema é, dentre outras coisas, função do teor do mineral-minério na alimentação. Essa quantidade, normalmente é definida experimentalmente.

Coletores

Classicamente, os sistemas de flotação são divididos em sulfetos e não sulfetos. Os coletores utilizados na flotação de sulfetos são conhecidos como tio-compostos, e constituem um dos três principais tipos de surfactantes utilizados na flotação. A classe dos não sulfetos é mais complexa, pois engloba um maior número de minerais. A maior parte deles pode ser classificada como oxi-minerais, classificação que exclui os minerais como a fluorita e a criolita. Outra divisão agrupa os não sulfetos em óxidos e silicatos, minerais ligeiramente solúveis (minerais tipo-sal) e sais solúveis (halita e silvita). Leja (1982) designa os coletores empregados na flotação de não sulfetos como compostos ionizáveis não-tio, que constituem o segundo tipo de surfactantes utilizados na flotação, apresentado mais à frente. Conforme definido anteriormente, os coletores são reagentes que atuam na interface sólido-líquido, alterando a característica da superfície mineral de hidrofílica para hidrofóbica. Apesar de não se enquadrarem nessa definição, moléculas neutras, como óleo diesel e querosene, são empregadas na flotação de minerais naturalmente hidrofóbicos como grafita e carvão não oxidado, sendo, contudo denominados coletores.

Os principais compostos ionizáveis não-tio utilizados na flotação estão apresentados na Tabela 12.1. Observa-se que esses compostos podem ser aniônicos ou catiônicos. Na flotação, utilizam-se apenas compostos ionizáveis com cadeia hidrocarbônica (R) entre C6 e C20; homólogos mais curtos que C6 não apresentam atividade interfacial apreciável, ao passo que homólogos maiores que C20 tornam-se muito insolúveis para o processo de flotação. A maior fonte deácidos graxos são os triglicérides (Figura 12.2).As principais características desses compostos são: tendência a se dissociarem, ionizarem e serem hidrolisados, o que depende fortemente do pH das soluções aquosas; redução da tensão interfacial nas interfaces ar/água (líquido-gás) e atuação na interface sólido-líquido; tendência a formar micelas quando suas concentrações na solução são muito elevadas, excedendo um valor conhecido como concentração micelar crítica (CMC).

162

Compostos Ionizáveis Não-Tio

Estrutura/Exemplos

Carboxilatos (figura 3.3)

Ácido carboxílico (RCOOH) ecarboxilatos de sódio e potássio (RCOO-Na+ e RCOO-K+)

Sulfatos de alquila R–O–SO3- M+ (M=metal)

Sulfonatos de alquila

R–SO3- M+ (M=metal)

Sulfossuccinamatos Ex.: Aero Promoter 830, A845 e CA540Sulfossuccinatos Ex.: KE883

Fosfatos de alquilaFosfato de monoalquilaFosfato de dialquila

Aminas

RNH2 e seus sais- de amina primária: R–NH3

+Cl-

- de amina secundária: R–R’– NH2+Cl-

- de amina terciária: R–(R’)2–NH+Cl-

- quaternários de amônio: R–(R’)3–N+Cl-

Tabela 12.1 – Coletores ionizáveis não-tio.

Figura 12.2 – estrutura química de um triglicéride (com duas cadeias saturadas e uma insaturada). Um óleo vegetal típico é uma mistura de triglicérides.

163

a) b)

c)

d)

Figura 12.3 – Efeito do número de duplas ligações (grau de insaturação) na geometria da molécula de ácidos carboxílicos: a) ácido linolênico, b) e c) ácido oleico; d) ácido linoleico.

O ácido succínico possui a seguinte estrutura:

CH2 – COOH |

CH2 – COOH

Coletores sintéticos utilizáveis na flotação de apatita, derivados do ácido succínico, são os sulfosuccinatos e sulfosuccinamatos.

164

A fórmula geral dos sulfosuccinamatos é:

O ||

C – O – X1

| X – SO3 – R

| C – N – R1

|| | O CH2 – CH2 – C – O – R2

|| O

Onde:

X e X1 – podem ser H, radicais catiônicos formadores de sais (metais, aminas, amônia, etc); R – resíduo de ácido policarboxílico alifático; R1 – radical alquila, tendo 8 a 20 átomos de carbono; R2 – X1 ou radical alquila, tendo 1 a 5 átomos de carbono.

Se X1 e R2 são metais alcalinos, os sulfosuccinamatos são muito solúveis em água.

Como coletores catiônicos por excelência, citam-se as aminas. As aminas são derivadas de NH3, possuem o grupo funcional amina, o qual consiste em nitrogênio ligado por ligações simples a átomos de hidrogênio, e grupo alquila ou arila.

Quando um, dois, ou três átomos de H são substituídos, os compostos resultantes são, respectivamente, amina primária, secundária e terciária.

Como a amônia, as aminas são bases fracas por causa do par eletrônico desemparelhado qual pode formar uma ligação coordenada com um próton. Aminas reagem com ácido mineral para formar sal de amina.

Espumantes

Os espumantes são reagentes utilizados na flotação com a finalidade de reduzir a tensão interfacial líquido gás, promovendo uma maior estabilidade das bolhas de ar. Para serem efetivos, esses reagentes devem apresentar alguma solubilidade em água. Os principais espumantes utilizados na flotação estão sumariados na Tabela 12.2.

165

Compostos Não-Iônicos Estrutura/Exemplos

Álcoois

R-OH (C6 a C9 para R parafínico e C6 a C16 para R ramificado)Álcoois cíclicos: álcoois cresílicos, terpineóis, naftóis, etc.

Éteres TrietoxibutanoDerivados polioxietilênicos de álcoois, ácidos carboxílicos, aminas não substituídas e outros, convertidos em surfactantes aniônicos pela adição de n grupos oxietileno.Derivados polioxipropilênicos de álcoois e outros surfactantes. As ramificações contendo o radical metila (-CH3) tornam os polímeros do grupo propileno muito mais hidrofóbicos que aqueles do oxietileno.Polímeros em “bloco”, consistindo em blocos intercalados de oxietileno e oxipropileno polimerizados.

Tabela 12.2 – Principais espumantes

Modificadores ou Reguladores

Os modificadores ou reguladores são reagentes adicionados aos sistemas de flotação, com a finalidade de aumentar ou de reduzir a flotabilidade de uma dada espécie, ou de levar a uma maior seletividade na separação. Esse papel pode ser exercido tanto por espécies orgânicas quanto por espécies inorgânicas. As principais funções desses reagentes são: controlar o valor do pH do sistema através de ácidos inorgânicos ou bases (cal, barrilha); ajustar a densidade de carga nas interfaces sólido/líquido através de sais inorgânicos polivalentes, capazes de dispersar as partículas sólidas, impedindo a coagulação e o fenômeno de “slime coating” (recobrimento por lamas); ajustar o estado de oxidação de íons em solução, de espécies superficiais nos sólidos ou dos surfactantes utilizados como coletores através de oxidantes como oxigênio dissolvido, MnO2, nitratos e As2O3 ou redutores como CN-, HS- e sulfito; controlar a concentração de íons metálicos em solução e nas interfaces envolvidas através da precipitação ou complexação com HS-, CN-, OH-, íons fosfato, etc.

Os reagentes ativadores, depressores e desativadores, utilizados no processo de flotação, estão incluídos nesta classe de reagentes. Os ativadores são os reagentes que adicionados ao sistema facilitam explicitamente a adsorção do coletor sobre um dado mineral. Depressores são os reagentes capazes de aumentar a hidrofilicidade de um dado mineral mesmo em presença de um coletor com o qual tenha alguma afinidade química, melhorando a seletividade do processo de flotação. Os desativadores são reagentes capazes de remover um ativador da superfície de um dado mineral, tornando-a menos propensa a reagir com o coletor. Esses reagentes têm, portanto, a função de melhorar a seletividade do processo de flotação. Alguns exemplos de modificadores utilizados na flotação são o silicato de sódio, agente dispersante de lamas mais comumente utilizado nesse processo, polifosfatos de sódio, polímeros naturais como celulose, amido, tanino, polímeros sintéticos derivados de ácido acrílico, dentre outros.

166

Amidos têm sido usados extensamente na depressão de minerais entre os quais apatita, calcita e dolomita, devido ao forte caráter hidrofílico emprestado pelo amido adsorvido sobre esses minerais. Têm sido utilizados também como floculantes (uma vez que são polímeros).

Basicamente, os amidos de várias origens constituem-se de proporções variáveis de duas frações poliméricas, a partir do monômero destrógiro de alfa-glicose. Podem ser representadas por (C6H10O5)n. O polímero linear é a amilose (de menor massa molecular) e o ramificado é a amilopectina.

Figura 12.4 – Estrutura química dos amidos naturais

Amidos de milho possuem em média 26% de amilose e 74% de amilopectina. Impurezas parecem ter efeito acentuado no poder de depressão do amido e em sua seletividade. Incluem ácidos graxos, proteínas (compostos nitrogenados) e grupos esterificados contendo fósforo ou fosfatídeos associados.

Agente modificador muito usado como depressor é o silicato de sódio. O termo silicato de sódio refere-se a uma mescla de silicatos. É comercialmente expressa pela relação de óxidos de sódio e de silício contidos: Na2O.mSiO, onde m é chamado módulo ou razão do silicato. Em geral 2 <m< 3,0 para flotação (m < 2 torna o meio muito alcalino e m > 3 leva a baixa solubilidade).

Tabela 12.3 – Principais reagentes utilizados nas minerações atuais

167

Substância .ineral (empresa - localização)

Coletores (g/t)Espumantes

(g/t)Modificadores (g/t)

Reguladores de pH

pH

Ferro (Samarco - Mariana)Amina primária Etoxilada (Éter - amina) (50 - 100)

 Grits de milho, tapioca e/ou amido de milho

(300 - 600)NaOH 9.8 - 10.5

Ferro (CVRD - Mariana) Idem   Amido de milho (300 - 600) NaOH  

Ferro (Samitri - Mariana) Idem   Grits de milho (300 - 600) NaOH  

Ferro (CVRD - Itabira) Idem   Amido de milho (250 - 500) NaOH  

Ferro (MBR - Pico) Idem   Amido de milho (600 - 800) NaOH  

Ouro (RPM - Paracatu)Amilxantato ou

Isobutilxantato (5 - 10)Poliglicol e MIBC (200)

     

Ouro (MMV - Raposos)Mercaptobenzotiazol (14) e Hostaflot (60) Ditiofosfato

Aerofroth 65 (30) e MIBC (50)

Sulfato de cobre (180) N  

Fosfato (Serrana - Cajati)Sarcosinato de sódio

(70 - 80)  Amido de milho (600) NaOH 10.5

Fosfato ( Fosfértil - Tapira)Óleo de arroz

saponificado (650)  Amido de milho (300) NaOH

8.6 - 8.8 fino 9.5 - 9.8 grossos

Nióbio (CBMM - Araxá)Amina primária (C - 18)

(750)Poliglicol Ácido Fluorsílicico (750) HCl 2.5 - 3

Cobre (Caraíba - Jaguarati)Dithiofosfato +

ditiocarbamatos (11)MIBC (27) Dextrina Leite de cal 10.5

Chumbo e Zinco (Boquira - Baquira Circuito de Pb)

Amilxontato de potássio (70) e aerofloat 31

MIBC (25)Cianeto de sódio (desativador - 70) sulfato de

zinco (depressor - 140) Sulfeto de sódio (ativador - 250)

CaO 8 - 8.5

Circuito de Zinco Isopril xanto de sódioÓleo de pinho

(58)Sulfato de cobre (ativador - 160) CaO 10.5 - 11

Carvão (Carbonífera - Criciúma) Óleo diesel (340)Óleo de pinho

(85)    Natural

Fluorita (Mineração Santa Catarina) Tall-oil (180 - 230)   Silicato de sódio (280 - 320)Carbonato de sódio (1750 -

1900)9.5

Scheelita (Min. Tungstênio do Brasil - Currais Novos - RN)

Amilxantato de sódio Óleo de pinho   CaO 8.0

Fosfato (Arafértil - Circuito Barita)Cetil Estearil sulfato de

sódio (Flotinor) - Sulfopon  Amido de milho NaOH 8.5

Apatita Grossos Óleo de arroz   Amido de milho NaOH 10.5

Apatita Finos Óleo de arroz   Amido de milho NaOH 11 - 11.5

168

169

12.3 - MICROFLOTAÇÃO.Para estudos fundamentais da interação entre minerais e reagentes de flotação é usual lançar-se mão da chamada microflotação, na qual se analisa um sistema idealizado de flotação sob condições controladas e com pequeníssimas amostras O equipamento mais comum para se efetuar esse tipo de estudo é o tubo de Hallimond (Figura 12.5).O tubo de Hallimond é de vidro e consta de duas partes encaixáveis por meio de uma junta esmerilhada: a inferior possui fundo poroso de vidro sinterizado cuja função é produzir borbulhamento uniforme da fase gasosa injetada; a parte superior tem um compartimento de coleta do material flutuado, o qual pode ser esgotado abrindo-se a pinça de Mohr que fecha o tubo de látex acoplado à sua saída.Os testes de microflotação são feitos mantendo-se o nível da solução constante (volume de 160 ml) para uniformizar a vazão de gás e a disponibilidade de reagentes. As amostras minerais purificadas de 1,0 g são usualmente usadas (minerais isolados). O gás utilizado geralmente é nitrogênio purificado. Um agitador magnético deve ser usado para agitação moderada da polpa (o suficiente para pôr o mineral em suspensão até a altura da borda inferior da junta de vidro esmerilhado).

Figura 12.5 – Aparato experimental para microflotação em tubo de Hallimond

12.4 - MECANISMO DE FLOTAÇÃO

170

Bolha de Ar

P

a

r

t

í

c

u

l

a

h

Partícula hidrofílica hidratada

E

s

p

u

m

a

M

o

l

C

o

l

e

t

o

r

Molécula de água

Espumante

Coletor

Partícula hidrofobizada com coletor

A flotação envolve uma série de mecanismos de transporte de massa os quais afetam tanto o teor quanto a recuperação do concentrado. Os principais mecanismos de transporte de massa são adesão da partícula na superfície da bolha e o arraste mecânico. A Figura 12.6 mostra o mecanismo da flotação entre uma partícula de mineral e uma bolha de ar. É necessário hidrofobizar as partículas minerais na polpa para torná-las flotáveis. Isto se realiza com os coletores, que são geralmente compostos orgânicos de caráter heteropolar, ou seja, uma parte da molécula é um composto evidentemente apolar e a outra é um grupo polar com propriedades iônicas. A partícula mineral coberta pelo coletor que se fixa em sua rede cristalina através de sua parte polar, proporciona-lhe com a parte apolar propriedades hidrofóbicas. Este mecanismo pode ser uma adsorção química ou física.Para facilitar a adsorção destes reagentes sobre a superfície das partículas minerais deve-se criar condições favoráveis através dos chamados modificadores. Estes diminuem o potencial da camada dupla de cargas elétricas, e às vezes mudam seu sentido. Deste modo se cria condição favorável para a adsorção dos coletores. Um outro componente do agregado partícula-bolha é o ar, que tem a função de recolher as partículas na polpa e transportá-las até a superfície. Este transporte ocorre mediante a força de empuxo da Lei de Arquimedes. A injeção direta de ar na polpa geralmente fornece resultados negativos se não é empregado um espumante, já que o ar se distribui de forma desigual, e as bolhas de ar são instáveis e se associam umas às outras. Ao adicionar um espumante, se obtém um tamanho desejado das bolhas e a dispersão de ar é uniforme.Cada bolha de ar pode ser considerada como um contato de duas fases, líquido e gás, igualmente ao caso de um líquido com a atmosfera. Deste modo, em cumprimento a Segunda Lei da Termodinâmica, os espumantes, que são reagentes tensoativos, se adsorvem seletivamente na interface gás-líquido. A parte polar destes compostos tensoativos se orienta em contato com a fase líquida e a parte apolar em contato com as bolhas de ar.

Figura 12.6 - Mineralização das bolhas de ar (SUTULOV, 1963)

12.5 - EQUIPAMENTOS DE FLOTAÇÃO

As máquinas de flotação devem ser capazes de realizar uma série de funções simultâneas com o objetivo de obter uma maior eficiência no processo de concentração:

171

manter as partículas minerais em suspensão - para isso é necessário que a polpa esteja submetida a um determinado grau de agitação, de tal forma que a velocidade ascendente das partículas na polpa seja superior à sua velocidade de sedimentação; gerar e dispersar as bolhas de ar - devem ser geradas bolhas com tamanho adequado à coleta de partículas de diferentes tamanhos. Além disso, as máquinas de flotação devem promover uma boa dispersão das bolhas de ar em toda polpa, favorecendo o contato partícula-bolha; coletar seletivamente e transportar o mineral de interesse - promover a colisão eficiente das partículas minerais com as bolhas de ar para que ocorra a adesão seletiva das partículas hidrofóbicas às bolhas e o movimento ascendente do agregado partícula-bolha para a camada de espuma.Existe uma grande variedade de equipamentos de flotação com diferentes características. Os principais fatores a serem considerados na avaliação da performance de um equipamento de flotação são:

desempenho representado por teor e recuperação do mineral de interesse; capacidade em toneladas por hora de alimentação de sólidos por unidade de volume; custos operacionais por tonelada de sólidos alimentada; facilidade de operação.

Com o objetivo de aumentar a eficiência e reduzir os custos do processo de flotação foram desenvolvidos e aperfeiçoados, ao longo dos anos, diferentes tipos de equipamentos. Essas podem ser divididas em três classes principais:

células mecânicas; células pneumáticas; células de coluna.A seguir é feita uma descrição sobre estes tipos de máquinas de flotação.

Células Mecânicas

As células mecânicas foram as primeiras a serem desenvolvidas para utilização no processo de concentração de minérios por flotação. Essas células apresentam como característica básica uma seção retangular e a presença de um impelidor na parte central. Esse dispositivo tem como objetivo suspender as partículas minerais através da agitação da polpa na parte inferior da célula, promover a geração das bolhas de ar e o contato partícula-bolha. Para evitar a “descoleta” das partículas hidrofóbicas e o arraste hidráulico dos minerais hidrofílicos para a fração flotada, existe uma região de baixa turbulência na parte superior da célula.Essas células podem ser diferenciadas quanto ao fluxo de polpa e ao tipo de aeração utilizada:

quanto ao fluxo de polpa - existem as células denominadas “cell to cell”, que possuem vertedouro entre cada compartimento, e “open flow”, com passagem livre da polpa; quanto à aeração - existem as células denominadas “supercharged”, onde o ar é fornecido de compressores e injetado sob pressão, e “self-aerating”, que usa a depressão criada pelo impelidor para sucção do ar e aeração da polpa.

172

As primeiras células mecânicas foram do tipo “cell to cell”, porém, devido à complexidade do projeto e ao seu elevado custo de construção foram desenvolvidas as células “open flow”. Na Figura 12.7 tem-se uma representação esquemática desses dois tipos de células fabricados pela Companhia Denver. Na Figura 12.8 está mostrada uma representação esquemática da célula tipo “cell to cell” da Wemco, utilizada nos circuitos de flotação da Fosfértil. Nas figuras 12.9 a 12.11 estão apresentadas fotos mostrando uma vista geral da unidade industrial de flotação em células mecânicas da Fosfértil e os detalhes do impelidor e do difusor instalados nessas células.

a) “Cell to Cell”

b) “Open Flow”Figura 12.7 – Desenho esquemático das células mecânicas

173

Figura 12.8 – Representação esquemática da célula Wemco

Figura 12.9 – Representação esquemática de um banco de células mecânicas.

As células tipo “open flow” tem uma maior aplicação e, portanto, estão sendo fabricadas por diferentes companhias apresentando detalhes construtivos específicos. A principal diferença de um fabricante para outro consiste na geometria do tanque e no desenho do rotor (impelidor e difusor).

Nas Figuras 12.12 e 12.13 estão apresentados desenhos esquemáticos dos diferentes tipos de tanques e rotores, projetados e construídos pelos principais fabricantes de células mecânicas do tipo “open flow”.

174

Figura 12.10 – Vista da unidade industrial de flotação da Fosfértil

Figura 12.11 – Conjunto rotor e difusor das células Wemco

175

Difusor

Impelidor

Difusor

Eixo

Sala

Estabilizador

Eixo

Wedag

Impelidor

Difusor

Impelidor

Difusor

Eixo

Sala

Estabilizador

Eixo

Wedag

Impelidor

Difusor

Impelidor

Difusor

Eixo

Wemco

Estabilizador

Eixo

BCS

Impelidor

Difusor

Impelidor

Difusor

Eixo

Wemco

Estabilizador

Eixo

BCS

Impelidor

Figura 12.12 - Desenho esquemático de tanques e rotores das células mecânicas Sala, Wedag, Wemco e BCS

Sala

Wedag

Wemco

BCS

176

Difusor

Impelidor

Difusor

Eixo

Agitair

Estabilizador

Eixo

Booth

Impelidor

Difusor

Impelidor

Difusor

Eixo

Agitair

Estabilizador

Eixo

Booth

Impelidor

Difusor

Impelidor

DifusorEixo

Outokumpu

Eixo

Aker

Impelidor

Difusor

Impelidor

DifusorEixo

Outokumpu

Eixo

Aker

Impelidor

Figura 12.13 – Desenho esquemático de tanques e rotores das células mecânicas Agitair, Booth, Outokumpu e Aker.

Células Pneumáticas

Agitair

Booth

Outokumpu

Aker

177

As células pneumáticas foram desenvolvidas com o objetivo de suprir algumas deficiências das células mecânicas. A principal diferença das células pneumáticas com relação às células mecânicas deve-se à inexistência de impelidores para agitação da polpa, geração e dispersão das bolhas de ar. O princípio básico das células pneumáticas consiste na geração e dispersão das bolhas de ar na polpa, independente do sistema de agitação da célula. Uma representação esquemática dessas células está apresentada na Figura 12.14.

FlotadoFlotado

Ar

Figura 12.14 – Desenho esquemático das células pneumáticas

Coluna Convencional

A introdução da coluna no processo de concentração por flotação significou um avanço na indústria mineral nos últimos anos. Embora a primeira patente dessa tecnologia tenha sido registrada no início do século passado, a concepção básica da coluna, tal como a atualmente utilizada, foi desenvolvida no início da década de 60 por Boutin e Tremblay, que registraram no Canadá outra patente utilizando a coluna na flotação reversa de sílica de minério de ferro. A partir de então, foram realizados os primeiros estudos experimentais em escala de laboratório por Wheeler e Boutin. Nas primeiras duas décadas o desenvolvimento da coluna de flotação foi lento e restrito às unidades piloto. Algumas tentativas de unidades de maior porte foram feitas, contudo, com muitos problemas mecânicos que quase inviabilizaram a continuidade de sua utilização. Finalmente, em 1981, ocorreu a primeira implantação industrial na Les Mines Gaspé, Canadá, onde uma coluna substituiu um banco de células mecânicas na etapa “cleaner” de um circuito de flotação de molibdenita. Posteriormente, uma segunda coluna foi instalada nessa unidade industrial, substituindo todo o circuito de células mecânicas.Essas colunas foram também utilizadas para vários estudos, que contribuíram notavelmente para o desenvolvimento dessa tecnologia. A partir daí o desenvolvimento e aplicação da tecnologia de flotação em coluna foi difundido em vários países, tais como Canadá, Austrália, África do Sul, Brasil e Chile. No Brasil, os primeiros trabalhos em laboratório ocorreram em 1985 e a primeira implantação industrial data de 1990. Nas unidades industriais de flotação em coluna instaladas no Brasil vem sendo utilizada somente a concepção da coluna convencional, tipo canadense. Na Figura 12.15 está apresentado um desenho esquemático desse equipamento, com ênfase nos seus aspectos mais importantes para o processo.

178

Alimentação

Fração Flotada

Zona de Coleta ou

Recuperação

Água de Lavagem

Fração não flotada

Ar

Zona de Limpeza

Figura 12.15 - Desenho esquemático de uma coluna de flotação

A coluna convencional de flotação apresenta características diferentes da célula mecânica principalmente no que se refere à capacidade de geração de bolhas pequenas, às condições hidrodinâmicas de baixa turbulência e à possibilidade de eliminação do material hidrofílico arrastado para a espuma através da adição de água de lavagem. Nesse contexto, a coluna difere da célula mecânica em quatro aspectos básicos: geometria (relação altura/diâmetro elevada); presença de água de lavagem; ausência de agitação mecânica; sistema de geração de bolhas.

Essas características diferentes da coluna com relação à célula mecânica têm permitido a obtenção de resultados melhores na coluna convencional, principalmente, na flotação de material com granulometria fina e na etapa de limpeza. A coluna é constituída das seções de recuperação e limpeza.

A seção de recuperação está compreendida entre o ponto de geração de bolhas, na base da coluna, e a interface polpa-espuma. Essa seção é responsável pela coleta das partículas hidrofóbicas através do contato entre as partículas minerais sedimentando, pela ação da gravidade, e as bolhas de ar em contracorrente. A seção de limpeza está compreendida entre a interface polpa-espuma e o transbordo da coluna. Nessa seção ocorre a limpeza do material flotado, principalmente pela ação de filtro da camada de espuma e da água de lavagem adicionada no topo da coluna.

Na Figura 12.16 está apresentada a coluna de flotação utilizada na Fosfértil na concentração da fração denominada ultrafinos.

179

ScavengerScavengerCleanerCleaner RougherRougher

RecleanerRecleaner

ANAN

RFRF

CFCF

ScavengerScavengerCleanerCleaner RougherRougher

RecleanerRecleaner

ANAN

RFRF

CFCF

ScavengerScavengerCleanerCleaner RougherRougher

RecleanerRecleaner

ANAN

RFRF

CFCF

ScavengerScavengerCleanerCleaner RougherRougher

RecleanerRecleaner

ANAN

RFRF

CFCF

CleanerCleaner RougherRougher

RecleanerRecleaner

ANAN

RFRF

CFCF

Figura 12.16 - Coluna de flotação utilizada no circuito de ultrafinos da Fosfértil

12.6 – CIRCUITO DE FLOTAÇÃO

Na Flotação direta o concentrado sai na espuma (Ex. fosfato) e na flotação reversa o concentrado sai no afundado (Ex. minério de ferro).

180

12.7 - VARIÁVEIS DE FLOTAÇÃO

Segundo a literatura mais de trinta parâmetros influenciam o rendimento metalúrgico desse processo de concentração. Dentre esses, encontram-se a granulometria dos minerais, o grau de liberação, a temperatura da flotação, o tipo e a dosagem dos reagentes, a precisão na dosagem, etc. Entretanto, grande parte dessas variáveis não é manipulável ou, quando o é, a sua manipulação representaria um custo elevado tornando o processo anti-econômico. As principais variáveis que influenciam o processo de concentração por flotação e que podem ser manipuladas são: dosagem e condicionamento dos reagentes; valor do pH; vazão de ar e profundidade da espuma; hold up do ar; tempo de residência; concentração de sólidos; tamanho das bolhas; velocidade do rotor; tamanho das partículas; água de lavagem e bias.

Essas variáveis têm efeito significativo sobre o rendimento metalúrgico do processo traduzido pelo teor e/ou a recuperação do mineral de interesse no concentrado. O teor de um mineral pode ser definido como a concentração desse mineral em um produto e sua recuperação representa a quantidade desse mineral, presente na alimentação, que se reportou a um dado produto. Devido à complexidade da análise mineralógica, muitas vezes o teor do mineral é estimado pelo teor de um elemento de sua estrutura química. Os efeitos das variáveis sobre o teor e a recuperação de um mineral estão inter-relacionados e, portanto, dificilmente podem ser avaliados isoladamente.

Dosagem e Condicionamento de Reagentes

Os reagentes utilizados na flotação de um dado mineral têm a função de estabelecer condições de coleta seletiva para obtenção de um concentrado com teor e recuperação nos níveis desejados. Considerando que a velocidade de agitação e a dispersão dos reagentes na polpa estão intimamente relacionados com o tempo requerido para que as reações físicas e químicas do processo ocorram, torna-se extremamente importante a correta dosagem desses reagentes em condições operacionais adequadas. Nos circuitos industriais o condicionamento dos reagentes com as partículas minerais é realizado em tanques agitados, instalados entre a descarga do moinho/produto da deslamagem e a etapa de flotação. Esses tanques, chamados de condicionadores, têm um desenho especialmente projetado para garantir condições de contato vigoroso entre as partículas minerais e os reagentes. Além disso, esses tanques são dimensionados de forma a garantir um tempo mínimo de contato que garanta a adsorção dos reagentes na superfície das partículas minerais conferindo-lhe o caráter hidrofílico ou hidrofóbico conforme desejado. Alternativamente, alguns reagentes podem ser adicionados no

181

circuito de moagem. Entretanto, essa alternativa dificulta o controle na dosagem dos reagentes devido à carga circulante e a perdas destes nas lamas. Alguns tipos de reagentes, como, por exemplo, os espumantes, não necessitam de grandes tempos de condicionamento e portanto, podem ser adicionados diretamente nas células ou, ainda, nas tubulações. A adição estagiada desses reagentes freqüentemente favorece a obtenção de níveis mais elevados de recuperação do mineral de interesse. Assim, um controle adequado das vazões dos reagentes adicionados no circuito de concentração é de fundamental importância para a obtenção de concentrados com teor e recuperação do mineral de interesse nos níveis desejados.

(%)

Depressor (g/t)

Recuperação de P2O5

Teor de P2O5

Figura 12.17 – Efeito da dosagem de depressor sobre o teor e a recuperação de P 2O5 no concentrado de apatita e efeito da dosagem de coletor sobre o teor e a recuperação de

P2O5 no concentrado de apatita

pHA acidez ou a alcalinidade da polpa tem um papel fundamental na flotação e, na prática, a seletividade da separação de minérios complexos depende do balanço entre a concentração dos reagentes e o pH da flotação. Os íons hidroxila (OH-) e hidrogênio (H+), alteram a hidratação da superfície mineral e a sua flotabilidade.

Vazão de Ar e Profundidade da Espuma

O mecanismo de coleta das partículas minerais hidrofóbicas consiste na sua colisão e adesão às bolhas de ar. Após a adesão, o meio de transporte da partícula da zona de

(% )

Coletor (g/t)

Recuperação de P2O5

Teor de P2O5

182

coleta para a de limpeza e transbordo da célula é a superfície das bolhas. Assim, a vazão de ar é uma das variáveis mais importantes no controle do processo de flotação, tendo um efeito significativo sobre a recuperação do mineral flotado.

Dentro dos limites de estabilidade do processo, a recuperação do mineral flotado é, normalmente, crescente com o aumento da vazão de ar até atingir o seu valor máximo. Esse ganho na recuperação deve-se ao aumento do número e da área superficial total de bolhas disponíveis para adesão às partículas minerais. Entretanto, um acréscimo da vazão de ar acima dos limites de estabilidade do processo pode prejudicar a flotação, devido a um maior arraste de partículas hidrofílicas para a espuma. A vazão do ar, associada à profundidade da espuma e à dosagem de espumante, pode ser utilizada para controlar o teor do mineral de interesse no concentrado e no rejeito.

Nas colunas de flotação a vazão de ar é normalmente expressa na forma de velocidade superficial (Jg), definida pela relação entre a vazão de ar em CNTP e a área da seção transversal da coluna. Para condições típicas de operação, situa-se entre 1 e 3 cm/s. Para velocidades maiores que 2 cm/s torna-se necessária a utilização de uma camada de espuma com altura mínima de 1,0 m.

As colunas apresentam um fluxo de ar ótimo. A escassez de ar provoca baixa recuperação devido à deficiência do contato bolha-partícula mineral, enquanto que o excesso de ar também pode prejudicar o processo devido a turbulência acompanhada de coalescência das bolhas, formação de espuma na zona de recuperação da coluna, falta de controle da interface polpa-espuma e perda do “bias”positivo.

A altura da camada de espuma é uma variável importante na seletividade do processo de flotação. Durante a coleta, as partículas mistas ou menos hidrofóbicas apresentam-se fracamente aderidas às bolhas. Nessas condições, a camada de espuma age como um filtro hidráulico, deslocando essas partículas para a polpa. Esse efeito, associado à drenagem da espuma, acarreta uma elevação no teor do mineral de interesse no concentrado e uma redução na sua recuperação. Não existe uma regra geral para determinação da altura ideal dessa camada.

Se o arraste hidráulico constitui o problema básico do processo, uma camada baixa pode ser suficiente, uma vez que o arraste das partículas é eliminado próximo à interface. Por outro lado, se o objetivo é obter seletividade entre as espécies hidrofóbicas recomenda-se trabalhar com camadas de espuma maiores.

183

(%)

Vazão de ar (m3/h)

Recuperação de P2O5

Teor de P2O5

(%)

Camada de espuma (cm)

Recuperação de P2O5

Teor de P2O5

Figura 12.18 - Efeito da vazão de ar sobre o teor e a recuperação de P2O5 no concentrado de apatita e efeito da altura da camada de espuma sobre o teor e a recuperação de P 2O5 no

concentrado de apatita

Hold up do Ar

O hold up do ar é definido como uma fração de ar contida em uma determinada zona da coluna. Normalmente o hold up do ar é determinado na zona de recuperação e constitui um parâmetro, que depende do tamanho das bolhas, da densidade de polpa, do carregamento de sólidos nas bolhas e da velocidade descendente de polpa na zona de concentração. Através da medida do hold up de ar é possível estimar o diâmetro de bolha utilizando a metodologia do drift flux.A Figura 12.19 representa em esquema do comportamento do hold up do ar e da recuperação com o aumento da velocidade superficial. Verifica-se que a partir de um determinado valor de velocidade do ar o hold up permanece praticamente constante. Neste ponto já não ocorre mais o controle do processo de aeração, com presença de bolhas grandes provenientes de coalescência. A partir deste valor que é específico para cada sistema de flotação é verificada a diminuição de recuperação.

Figura 12.19 - Influência da velocidade superficial do ar na recuperação e no hold up do ar.

184

Tempo de Residência

O tempo de residência é um dos fatores que afetam tanto o teor como a recuperação, atuando mais significativamente na recuperação do material flotado. O tempo de residência ideal é aquele capaz de permitir o contato efetivo entre as partículas minerais hidrofóbicas e as bolhas de ar. Tempos de residência maiores que o ideal favorecem a adesão de partículas menos hidrofóbicas nas bolhas, aumentando a recuperação do bem mineral, com prejuízo na qualidade do concentrado. Por outro lado, utilizando-se tempos de residência menores, apenas as partículas mais hidrofóbicas (maior cobertura da superfície por reagentes) são coletadas pelas bolhas de ar, resultando num concentrado mais limpo com baixa recuperação do mineral de interesse.

Variações no tempo de residência podem ser, normalmente, efetuadas, através de alterações na taxa e na concentração de sólidos da alimentação. Alterações na taxa de alimentação de sólidos ocorrem em função das necessidades de produção e devem ser compensadas por ajustes nas dosagens dos reagentes e em outras condições operacionais.

(%)

Tempo de residência (min)

Recuperação de P2O5

Teor de P2O5

Figura 12.20 - Efeito do tempo de residência sobre o teor e a recuperação de P2O5 no concentrado de apatita

Concentração de Sólidos

A concentração de sólidos na polpa é uma das variáveis que pode ser manipulada, para obtenção de níveis mais elevados de teor ou de recuperação do mineral de interesse no concentrado. Entretanto, alguns cuidados devem ser tomados:

- o condicionamento dos reagentes com as partículas minerais deve ser realizado utilizando-se concentrações de sólidos elevadas na polpa. Dessa forma a concentração de reagentes por unidade de superfície das partículas é maior, melhorando a eficiência da cobertura; - a flotação deve ser realizada utilizando-se a maior concentração de sólidos possível, sem que ocorram prejuízos no rendimento metalúrgico do processo. Em concentrações mais elevadas, os reagentes são mais efetivos, devido ao aumento de sua concentração na solução, elevando, assim, a recuperação. Em concentrações mais baixas, obtém-se, via de regra, concentrados mais puros.

185

(%

)

% de sólidos

Recuperação de P2O5

Teor de P2O5

(%)

% de sólidos

Recuperação de P2O5

Teor de P2O5

Figura 12.21 - Efeito da concentração de sólidos no condicionamento sobre o teor e a recuperação de P2O5 no concentrado de apatita e efeito da concentração de sólidos na

flotação sobre o teor e a recuperação de P2O5 no concentrado de apatita

Tamanho de Bolha

O tamanho médio das bolhas e sua distribuição são importantes na flotação, devido ao seu efeito na eficiência de coleta e de transporte das partículas. A utilização de bolhas pequenas, com elevada área superficial, favorece a cinética de coleta e o transporte dos sólidos por volume de ar. Entretanto, as bolhas de tamanho muito reduzido apresentam uma baixa velocidade de ascensão, que pode ser inferior à velocidade descendente da polpa, acarretando, por conseqüência, perdas de partículas hidrofóbicas coletadas no fluxo de material não flotado. Bolhas muito grandes têm pequena área de superfície disponível para coleta de partículas e são menos estáveis.

Portanto, existe um tamanho médio ideal de bolhas em função do tamanho médio das partículas, que poderá ser ajustado através das variáveis operacionais da célula de flotação e da adição de agentes tensoativos. O tamanho médio de bolhas, usualmente, utilizado nas células de flotação, encontra-se na faixa de 1,0 a 3,0 mm.

(%)

Tamanho das bolhas (mm)

Recuperação de P2O5

Teor de P2O5

Figura 12.22 - Efeito do tamanho das bolhas sobre o teor e a recuperação de P2O5 no concentrado de apatita

186

Tamanho de Partícula

Para aplicação do processo de concentração por flotação, é necessário que os minerais de interesse estejam liberados dos minerais de ganga. Para isso, o minério é primeiramente cominuído a uma granulometria adequada ao processo de flotação, através das etapas de britagem e moagem. O produto obtido na moagem apresenta uma distribuição granulométrica com partículas de tamanhos grossos, médios, finos e, algumas vezes, ultrafinos. Essas partículas possuem comportamentos diferentes no processo de flotação com relação à adsorção dos reagentes, à coleta e à adesão às bolhas de ar, ao transporte do agregado partícula-bolha da polpa para a espuma e à “descoleta” das partículas. Assim, o tamanho de partícula é um dos parâmetros importantes na recuperação do processo de flotação. Em função das diferenças de comportamento dos diversos tamanhos de partícula, a flotação do minério fosfático da Fosfértil em Tapira é realizada em circuitos distintos para as frações denominadas granulado, friável grosso e fino e ultrafinos. Dessa forma é possível estabelecer condições específicas que favoreçam os resultados para cada faixa de tamanho.Normalmente, são obtidos níveis mais elevados de recuperação, para uma faixa de tamanho de partícula compreendida entre 20 e 105 µm, e níveis mais baixos para partículas grossas e finas. Entretanto, não é possível generalizar, para todos os minérios, os limites de tamanho de partículas em que ocorre a redução dos níveis de recuperação. Enquanto uma partícula de ouro com tamanho de 0,1 mm é considerada grossa, uma partícula de fosfato, potássio ou carvão do mesmo tamanho, pode ser considerada fina.

-5 -20+5 -37+20 -53+37 -105+53 -210+105 -420+210 +4200

20

40

60

80

100

TAMANHO DE PARTÍCULA (micra)

REC

UPER

AÇ

ÃO

(%

)

Figura 12.23 - Efeito do tamanho de partícula sobre a recuperação do processo de flotação

Água de Lavagem

A adição da água de lavagem na camada de espuma das colunas de flotação tem três funções básicas: Substituir a água de alimentação no concentrado minimizando o arraste hidráulico de partículas hidrofílicas; Aumentar a altura e a estabilidade da camada de espuma; Reduzir a coalescência das bolhas através da formação de um leito de bolhas compactado.

187

A velocidade superficial mínima de água de lavagem, Jw, será aquela necessária para a formação de uma camada de espuma, prover o fluxo de bias adequado e fornecer o Jc

necessário ao transporte dos sólidos para o transbordo.

O efeito da água de lavagem nas colunas encontra-se ilustrado na Figura 12.24, onde são comparados os fluxos de água numa coluna e numa célula mecânica. Na coluna, verifica-se normalmente que a água de lavagem tende a substituir a água da alimentação no material flotado e é distribuída entre esta fração e a fração que retorna à zona de coleta. Cria-se, assim, um fluxo descendente de água que minimiza os efeitos de arraste hidráulico de partículas que possam contaminar o produto flotado.

Bias

O bias representa a fração residual da água de lavagem que flui através da zona de recuperação e é o principal responsável pela ação de limpeza nas colunas (rejeição de partículas hidraulicamente arrastadas). Convencionou-se que o bias será positivo, quando este fluxo residual se deslocar para baixo, ou seja, a vazão da água de lavagem será suficiente para substituir a água de alimentação no concentrado e promover o deslocamento de uma fração de água nova para a base da coluna.O bias pode ser estimado através da relação entre as vazões volumétricas do concentrado e do rejeito ( Br ) pela expressão:

Valores de Br de 1,05 a 1,15 são tipicamente recomendados.

188

Figura 12.24 - Representação esquemática dos fluxos de água na célula mecânica e na coluna de flotação.

Exemplo: Calcule as eficiências de separação, as recuperações em massa e metalúrgica para as operações de deslamagem e flotação de um minério de ferro, sabendo-se que o mineral-minério é a hematita (Fe2O3).Dados: deslamagem flotação a = 63,9% a = 64,5% c = 64,5% c = 66,9%

r = 52,8 % r = 35,7%

Índice de seletividade:

Utilizado para a analise de uma operação com variação de uma grandeza de controle. Pode-se variar de 1 (não há separação) a (separação ideal), mas na prática os valores obtidos estão entre 4 e 40. Contudo valores acima de 4 já indicam separação de média a boa qualidade.

189

R1 – Recuperação de útil (1) no concentradoT2 – “Recuperação” da ganga (2) no rejeito(rejeição)

Exemplo: Em dois ensaios de jigagem realizados em condições diferentes em relação a amplitude do movimento de pulsação obtiveram-se os resultados mostrados abaixo: Ensaio I:Amplitude 1/8” Ensaio II:Amplitude 3/8”Produto Fe (%) SiO2(%) Produto Fe (%) SiO2(%)Alimentação 52,4 21,6 Alimentação 51,61 21,42Concentrado 63,5 6,2 Concentrado 65,2 2,13Rejeito 62,0 50,2 Rejeito 35,0 45,0

Exercício circuito de flotação:Complete o balanço do circuito abaixo e calcule:a) A recuperação global e em cada estágio.b) A eficiência de separação global e para cada estágio.c) O índice de seletividade global e em cada estágio.Dados: cmax = 42,3% P2O5;

190

Alim246 1055,3

245 m 3 /h água

40 m 3 /h água

580

30 213 535

30 m 3 /h água 3012

9 195

10 t/h de sólidos m3/h de águateor P2O5 m útil% sólidos t/h de polpa

6032

165 m 3 /h água

715

39,76

ac

acRE

máxc

21

21

100100 TR

TRIS

190