Flotao

FLOTAO

Flotao

RelevnciaNo processamento de minrio de ferro de alto teor so utilizados processos como cominuio, classificao e deslamagem. Para minrios de ferro de baixo teor torna-se necessrio a introduo de mtodos de concentrao, como a flotao, de forma a aumentar o teor de ferro e minimizar os teores de SiO2 e Al2O3.

Estudos sobre a relevncia da mineralogia dos minrios de ferro brasileiros para a seleo do mtodo de concentrao mais adequado concluram que a presena de quartzo liberado como mineral de ganga indica que a flotao ser a operao de concentrao mais indicada. Aspectos TericosA flotao um processo de separao que utiliza as diferentes caractersticas de superfcie dos minerais, sendo atualmente utilizada no Brasil no tratamento de minerais de ferro, fosfato, nibio, ouro, cobre, zinco oxidado, chumbo-zinco, grafita, carvo, potssio, nquel, fluorita, magnesita, feldspato, barita, talco, tungstnio e resduo hidrometalrgico contendo prata. A seletividade do processo se baseia no fato de que a superfcie de diferentes espcies minerais pode apresentar diferentes graus de hidrofobicidade, estando o conceito de hidrofobicidade de uma partcula associado sua molhabilidade pela gua. Assim, partculas mais hidrofbicas so menos vidas por gua.A separao entre partculas naturalmente hidrofbicas e partculas naturalmente hidroflicas teoricamente possvel fazendo-se passar um fluxo de ar atravs de uma suspenso aquosa contendo as duas espcies. As partculas hidrofbicas so carreadas pelo ar e aquelas hidroflicas permanecem em suspenso. Este processo requer a produo de espuma, de modo que seja criada uma interface ar-lquido de grande rea que deve ser estvel. Logo, para alcanar resultados satisfatrios utilizam-se espumantes e outros aditivos com finalidades diversas.

Figura - Aparelhos de flotao. (a) Clula; (b) Coluna.

O uso da tcnica de flotao no tratamento de minrio apresenta grande flexibilidade. utilizada no tratamento de carves com teores de 80,0% de carbono e magnesita com contedo em MgCO3 acima de 90,0%. Tambm, utilizada no tratamento de minrios de cobre de origem porfirtica dos quais pode ser recuperado molibdnio, sob a forma de molibdenita, com teores da ordem de 0,02%. A faixa granulomtrica das partculas est usualmente entre 1,0mm, para carves, e 5,0m no caso de oxi-minerais. No caso especfico do minrio de ferro, que ser tratado neste trabalho, a faixa granulomtrica est compreendida entre 10,0 a 250,0m. O conhecimento das propriedades superficiais dos minerais de grande importncia para o entendimento e desenvolvimento das condies de reagentes que propiciem a seletividade no processo de flotao. Dentre essas propriedades cita-se a carga superficial que a maior parte das partculas adquire quando postas em contato com um meio aquoso. Os mecanismos mais importantes de gerao de carga superficial de slidos em meio aquoso so:

Ionizao da superfcie;

Dissoluo de ons;

Adsoro de ons provenientes da soluo e

Defeitos na rede cristalina dos minerais.

A formao de uma dupla camada eltrica (DCE) na interface slido/lquido ocorre pela atrao de ons de carga eltrica contrria carga do slido, denominados de contra-ons visando, desta forma, o equilbrio da carga na interface.

A probabilidade de adeso (Pa) est diretamente relacionada ao ambiente qumico predominante em um dado sistema de flotao, isto , essa probabilidade poder ser influenciada pela mineralogia, reagentes e condies da polpa, sendo controlada predominantemente pelas foras superficiais. A probabilidade de coliso (Pc) especialmente influenciada pelo tamanho da partcula, da bolha e pela turbulncia do sistema. As outras duas probabilidades so governadas pela hidrodinmica do sistema de flotao.Reagentes de Flotao

Reagentes de flotao so compostos orgnicos e inorgnicos adicionados com o objetivo de controle das caractersticas das interfaces envolvidas no processo. De acordo com sua funo especfica, os reagentes podem ser divididos em coletores, espumantes e modificadores/reguladores ou depressores.Os reagentes empregados na flotao apresentam de C6 a C18 carbonos na cadeia. Homlogos mais curtos que C6 no apresentam atividade superficial suficiente, enquanto aqueles superiores a C18 tornam-se excessivamente insolveis chegando, em alguns casos, a se tornarem pastosos.Os coletores so surfatantes que se adsorvem seletivamente na interface slido/lquido, tornando as partculas hidrofbicas. So molculas de carter duplo do tipo R-Z (anfipticas) e ativas na superfcie, onde Z representa o grupo polar e R representa o grupo apolar. O grupo polar Z consiste de associaes de dois ou mais tomos com ligaes covalentes e possui um momento de dipolo permanente, o que atribui a este grupo um carter hidroflico. O grupo apolar R representado pelos hidrocarbonetos, no possuem dipolo permanente e representam a parte hidrofbica da molcula anfiptica. Os coletores so classificados em aninicos, catinicos e no-inicos, conforme a carga eltrica associada ao grupo polar, alm de serem classificados conforme a estrutura do hidrocarboneto e do tipo especfico do grupo polar.A adsoro de coletores sobre a superfcie mineral pode ocorrer pela atrao eletrosttica com superfcie do mineral, associao de cadeias carbnicas do coletor ou por interao qumica do coletor com os ons metlicos na superfcie do mineral. Os dois primeiros so fortemente influenciados pela dupla camada eltrica em termos da superfcie mineral. Na tabela abaixo, esto apresentados de forma resumida os tipos de adsoro de coletores sobre as superfcies de silicatos, bem como as suas principais caractersticas.Tabela - Adsoro de coletores em silicatos.

Os depressores ou modificadores so compostos que melhoram a interao entre a superfcie do mineral e molculas de gua, alm de evitar a adsoro do coletor sobre o mesmo. Podem ser do tipo orgnico e inorgnico.Compostos orgnicos como os polissacardeos (amidos, dextrinas e seus derivados) so comumente usados como depressores orgnicos no processo de flotao. J o xido de clcio e o hidrosulfureto de sdio so exemplos de depressores inorgnicos que deprime a pirita e o cobre, respectivamente.

Os espumantes so compostos no-inicos cuja ao faz-se sentir na interface lquido/ar atravs de uma reduo na tenso superficial. So responsveis por gerar uma camada estvel de espuma para viabilizar o enriquecimento do produto flotado.Lquidos puros com estruturas monopolares, polares e heteropolares (exemplos: gua, querosene e lcool) no produzem espumas estveis quando agitados com ar, e as bolhas que so produzidas so destrudas rapidamente. Entretanto, se uma pequena quantidade de uma substncia ativadora e de superfcie heteropolar adicionada em gua, uma espuma estvel criada com a introduo de ar.Os agentes espumantes devem ser solveis o suficiente para manter uma distribuio uniforme e boas propriedades de ativao de superfcie, apresentando solubilidade que pode variar de 0,001% at 3 a 4%. Como regra geral, a presena de um ou dois grupos polares na molcula dar propriedades melhores espuma. Porm, um aumento no nmero de grupos polares com o mesmo radical no beneficia a espuma.

A fora de um espumante tambm est ligada estrutura e ao comprimento do grupo no polar, sendo necessrio um mnimo de seis tomos de carbono para ser um espumante efetivo. Entretanto, se o grupo no polar torna-se muito longo o poder espumante diminui devido ao decrscimo da solubilidade. O tamanho das bolhas determinado principalmente pelo espumante, que previne a coalescncia entre elas, e aqueles que so mais eficientes em reduzir o tamanho das bolhas so tambm os que apresentam espumas mais estveis.Espumantes com o grupo polar hidroxil (-OH) no tem propriedades de coletor e, por isso, se destacam sobre os outros. Espumantes com o radical carboxlico (COOH) apresentam-se com propriedades tanto de espumante quanto de coletor.

O espumante essencial no processo de flotao porque quando a superfcie de uma partcula mineral torna-se hidrofbica atravs da adsoro de um coletor, a estabilidade da agregao de uma partcula na bolha depende da eficincia do agente espumante.

As partculas minerais chegam at a espuma via adeso seletiva de partculas hidrofbicas nas bolhas que as conduzem at a espuma ou so carreadas junto com a gua da polpa que vai para a espuma. Geralmente o carreamento insignificante para partculas maiores que 50 m, porm, o tamanho real das partculas que so fortemente carreadas depende das propriedades da espuma. Este fator determinado pela concentrao do espumante, mas tambm pela molhabilidade das partculas slidas e, assim tambm, pela concentrao do coletor, distribuio e propriedades intrnsecas das partculas.

A Figura abaixo mostra a estrutura de uma espuma de trs fases (ar/gua/slido), comumente encontrada na flotao em espuma. Do fundo para o topo da espuma o tamanho das bolhas vai aumentando, a camada intersticial dos filmes torna-se mais fina, mas as bolhas das camadas superiores so marcadamente irregulares e os filmes so espessos.

Figura Estrutura tpica de uma espuma de trs fases.

A adio de espumantes no sistema de flotao alm de acarretar em modificaes na formao da espuma, no tamanho das bolhas e na taxa de colapso, tambm interfere na estabilidade, na drenagem, e na seletividade em relao aos minerais de interesse. Alguns desses espumantes utilizados no processo de flotao adsorvem tanto na interface lquido-ar, como interagem com o coletor adsorvendo tambm na interface slido-lquido. Esta interao entre coletor e espumante pode agir no consumo de reagentes e poder de coleta no sentido de diminuir o primeiro e aumentar o segundo.Aerao no Processo de Flotao A utilizao do ar em um processo de flotao de grande importncia. A condio necessria para que este processo ocorra a coliso entre partculas e bolhas. A probabilidade de a coliso ocorrer aumenta com a taxa de aerao. Entretanto, esta afirmao verdadeira, desde que o aumento da taxa de aerao no acarrete um aumento exagerado do tamanho das bolhas. Para o caso da flotao reversa, a adio de pouco ar pode acarretar perda na qualidade do produto, pois partculas que deveriam flotar afundam para o concentrado, resultado da pequena probabilidade de coliso entre partculas e bolha. Por outro lado, a adio excessiva de ar pode conduzir a baixas recuperaes e, fundamentalmente, a separaes pouco seletivas, resultado de um intenso arraste.

A captura de uma partcula hidrofbica por uma bolha de ar envolve os principais sub processos a seguir: Coliso partcula/bolha; Afinamento e ruptura do filme (desagregao) e Estabilidade do agregado partcula/bolha.Outro parmetro de extrema importncia para o processo de flotao o tamanho das bolhas. Para maximizar a eficincia de coliso bolhas com os menores tamanhos possveis devem ser produzidas, uma vez que, fisicamente, partculas colidindo com uma frao da superfcie da bolha distante do seu eixo no aderem superfcie.

Ainda, a presena de vrias bolhas tende a aumentar a eficincia de coliso, j que o movimento da partcula (aderida bolha) em longos fluxos ascendentes no mais paralelo direo do movimento da bolha, mas influenciado pelas camadas de bolhas sua frente.

Flotao de Minrios de Ferro

Os oxi-minerais so compostos que possuem o elemento oxignio em comum, sendo os ons deste elemento, O2- e OH-, a frao volumtrica absolutamente dominante na estrutura cristaloqumica desses minerais. A flotao destes compostos um fenmeno complexo devido s diversidades que estes minerais apresentam. As diferenas de composio qumica, estrutura cristaloqumica e solubilidade em gua esto entre os aspectos com maior grau de diversidade entre os minerais oxidados, alm da grande diversidade de comportamento frente presena de coletores aninicos e catinicos com diferenas de propriedades qumicas. A flotao catinica reversa o mtodo mais largamente aplicado na concentrao de minrios de ferro de baixo teor. Neste processo de flotao as partculas dos minerais de ganga so flotadas, ou seja, devem interagir com as bolhas de ar sendo direcionadas para a camada de espuma, e as partculas dos minerais de interesse devem permanecer na polpa e afundar.O pH timo para o processo de flotao de minrio de ferro est na faixa de 9,5 a 10,5, em que a superfcie do quartzo altamente negativa e incide a maior diferena das cargas superficiais entre a hematita e o quartzo. A figura abaixo mostra o potencial zeta da hematita e do quartzo em diferentes valores de pH, e pode ser observado que na faixa de pH de 9,5 a 10,5 incide a maior diferena entre as cargas superficiais desses dois minerais. Entretanto, essas diferenas no so suficientes para uma flotao seletiva, tornando-se necessria a adio de reagentes.

Figura - Potencial zeta do quartzo e da hematita em funo do pH.Existe uma enorme variedade de minrios de ferro, principalmente de itabiritos. Portanto, nem todas essas variedades podem ser tratadas da mesma maneira. No caso da flotao desses minrios, a prtica industrial tem demonstrado que a do tipo reversa a que leva aos melhores resultados, porm, cada associao entre a slica e a hematita diferente. Por isso, existiro reagentes, ou combinao de reagentes, adequados para cada caso. Para a flotao catinica reversa de minrio de ferro utiliza-se como depressor o amido de milho ou mandioca e como coletor a amina.Referncias Bibliogrficas

NASCIMENTO, Dbora Rosa. Flotao Aninica de Minrio de Ferro. Dissertao de Mestrado. PPGEM. UFOP. 2010.

SILVA, Ronney Rogrio Rodrigues Silva. Interao entre Surfatantes na Flotao de Minrios de Ferro. Tese de Doutorado. DEM. UFMG.VALADO, George Eduardo Sales. ARAUJO, Armando Corra. Introduo ao Tratamento de Minrios I. Belo Horizonte: Editora UFMG, 2007.PAGE 9