Exemplos de sistemas de Flotação

2

ECA

eEcCaA

aA

cCR

eca

eacR

C

AR c

ec

ea

A

CY

a

cR e

(2.1)

(2.2)

(2.3)

(2.4)

(2.5)

(2.6)

(2.7)

Alimentação

Concentração

Concentrado Rejeito

Elemento Aproveitável Elemento não Aproveitável

Aspectos práticos da flotação

3

Relação Recuperação metálica x teor

R1

t1

R2

t2 teor→

Rec

uper

ação

→

4

Configurações Típicas de Circuitos de Flotação

Flotação em etapas – Flotação Direta

Alimentação Nova

Etapa ROUGHER

Etapa SCAVENGER

Etapa CLEANER

Rejeito Final

Concentrado Final

5

5.2 – Configurações Típicas de Circuitos de Flotação

Flotação em etapas – Flotação Reversa

Alimentação Nova

Etapa ROUGHER

Etapa SCAVENGER

Etapa CLEANER

Rejeito Final

Concentrado Final

Circuitos de flotação

• Minério de Ferro

• Fosfatos

• Carvão

• Sulfetos

Minério de Ferro• Mineralogia dos Minérios de Ferro:

1. Minerais-minério: óxidos de Fe (hematita e magnetita) e hidróxido (goethita).

2. Minerais de ganga: principalmente silicatos, dos quais quartzo é o predominante; minerais de alumínio como a gibbsita; exemplos de outros silicatos são a caulinita, micas e talco; em alguns casos fosfatos como a apatita e a wavellita.

Minério de Ferro

• Objetivo:

A flotação tem por objetivo a separação seletiva entre quartzo e minerais portadores de ferro.

• Problemática:

Todos os minerais envolvidos, com a exceção do talco (que é raro), são muito HIDROFÍLICOS.

Potencial Zeta do Quartzo

-30

-20

-10

0

10

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

pH

Zet

a (m

V)

2,65

e Hematita

6,5

QUARTZO HEMATITA

(+)

(-)

Qualidade química dos produtos

Elemento (%) Granulado Sinter Feed Pellet Feed

Fe 63,8 a 67,8 64,5 a 67,5 67,0 a 69,0

SiO2 0,6 a 4,5 0,5 a 5,5 0,8 a 2,5

Al2O3 1,0 a 1,8 1,0 a 1,5 0,3 a 1,0

P 0,040 a 0,070 0,040 a 0,070 0,020 a 0,070

Mn 0,05 a 0,20 0,05 a 0,20 0,05 a 0,50

Minério de Ferro

• Possíveis rotas:

1. Flotação direta dos minerais de ferro com coletores aniônicos em pH neutro.

2. Flotação reversa dos silicatos com coletores catiônicos (mais aplicada industrialmente).

Flotação Direta

• Potenciais coletores:

1. Oleato de sódio (ácido oléico)

2. Outros ácidos graxos e seus sabões

3. Sulfatos e sulfonatos graxos

4. Hidroxamatos

A adsorção destas espécies promovem alta

hidrofobicidade no óxidos de ferro!

Flotação de hematita com oleato de sódio - esquemático

0

20

40

60

80

100

4 5 6 7 8 9 10 11 12

pH

% f

lota

bili

dad

e

5x10-6M

5x10-5M

Flotação Direta

• Dificuldades:

1. Atingir alta seletividade:

2. Custo operacional elevado por causa de alto consumo específico ou de alto custo com reagentes (hidroxamatos).

Flotação Direta

-Íons em solução causam a precipitação de espécies coletoras indiscriminadamente sobre todas as superfícies, mesmo na presença de depressores/dispersantes.

-Ativação inadvertida da superfície dos silicatos pelas espécies iônicas em solução causando também perda de seletividade.

Potenciais coletores:

Coletores catiônicos da família das aminas

(especialmente acetatos de eteramina

e éter diamina).

Flotação Reversa

+

+

+

Superfície doQuartzo

Interface

---

-

-

--

-

-

-

Flotação Reversa• Combinação típica de reagentes:

1. Depressor: amido gelatinizado com soda; dosagem 400-800g/t. (normalmente amido de milho, mas também pode ser usado amido de mandioca).

2. Coletor: acetato de éter amina (C10, cadeia carbônica: isodecil); dosagem 30-80g/t.

3. Espumante: quando necessário usa-se poliglicol sintético; dosagem 5-10g/t.

4. Modulador de pH: NaOH; dosagem 300g/t; pH entre 9,5 e 11. (após a flotação usa-se, normalmente, CO2 para adequar o pH para a filtragem) .

AMIDO - gelatinização

Quartz Flotation with Dodecylamine Hydrochloride - schematic

0

20

40

60

80

100

4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

pH

% f

lota

bil

ity

5x10-6M

5x10-5M

1x10-4M

Flotação Reversa• Interações entre os reagente e as partículas minerais:

1. Primeiramente o amido é adicionado no sistema e se adsorve seletivamente na superfície da hematita.

2. Posteriormente, adiciona-se a amina que se adsorve na superfície do quartzo através de interação eletrostática entre a porção polar do coletor e a superfície negativamente carregada do quartzo.

3. Forças de van der Waals também desempenham um papel na formação de espécies diméricas (espécie catiônica + não-iônica), chamadas de HEMIMICELAS. Estes dímeros (agregados iono-moleculares) aparentemente aumentam o grau de hidrofobicidade da superfície do quartzo por sua co-adsorção.

HEMATITA

--- -

------

-

--

Superfície do

Quartzo

Interface

---

-

-

--

--

-

+

-

--

-

-

-

-

-

-

+

AMINA IÔNICA

AMINA MOLECULAR

HEMATITA

QUARTZO

+

--- -

------

-

--

- -

---

---

- ----

---

+

+

++

+

+

BOLHA DE AR

HEMATITA

--- -

------

-

--

BOLHA DE AR

+- --

--

--

--

---

---

+

+

++

+

+

QUARTZO

BOLHA DE AR

+- --

--

--

--

+

++

+

QUARTZO

AGREGADO PARTÍCULA-BOLHA

BEM SUCEDIDO

AGREGADO PARTÍCULA-BOLHA

BEM SUCEDIDO

Flotação Reversa

• Vantagens:

1. Menor sensibilidade a espécies iônicas dissolvidas.2. Menor consumo de coletor e seu potencial uso como espumante.3. Excelente combinação coletor/depressor, em termos de

seletividade e de dosagem em níveis econômicos.4. Boa modulação da coleta através do pH.5. Flexibilidade para o emprego de espumantes sintéticos e/ou

surfatantes não iônicos como reforçadores quando necessário.6. Alto grau de hidrofobização do quartzo por aminas.7. Potencial reutilização da amina por dessorção seletiva.

Flotação Reversa

• Desvantagens:

1. Na presença de hidróxido de alumínio, a seletividade é afetada pois os silicatos podem ser co-deprimidos pelo amido.

2. Custo relativamente alto do coletor.3. Espumas mineralizadas de difícil manuseio, requerendo, por

exemplo, dimensionamento de bombeamentos com altos fatores de espuma.

Exemplo de um circuito de flotação de minério de ferro em coluna.

CONCENTRADO PARA FILTRAGEM

ROUGHER

CLEANER

Amina

rejeito

Água de LavagemÁgua de Lavagem

CN 01

CF 01 & CF 03CF 02

lamas

TQ 07

AmidoNaOH

Ep 01

HC 01 - 16HC 17 - 69

Amido + NaOH

CX 11

Aeradores[Air only]

AminaPFF

600tph

6-10% SiO2

?

? Flotação direta ou reversa

? Segunda etapa de flotação (scavenger ou cleaner)?

Fosfatos

• Mineralogia dos Minérios Fosfáticos:

1. Minerais-minério: apatita.

2. Minerais de ganga: magnetita, micas, quartzo, calcita, dolomita, anatásio, barita.

Fosfatos

• Objetivo:

A flotação tem por objetivo a separação seletiva entre a apatita e minerais de ganga.

• Problemática:

Seletividade (devido à grande similaridade de comportamento dos minerais de fosfatos e de ganga frente ao processo de flotação aniônica).

Fosfatos• Variáveis na flotação:

1. Características da amostra (estrutura e composição, ex.: cristalinidade e impurezas).

2. Características do coletor (seletividade do grupo funcional, comprimento de cadeia e concentração).

Fosfatos• Depressor:

1. Amido de milho (fubá) - Tornar hidrofílico minerais contidos na ganga.

2. Um aumento excessivo de amido acarreta depressão dos minerais de interesse reduzindo a recuperação.

3. Silicato de sódio – Deprime quartzo e dispersa lama.

Sup

erfí

cie

do s

ólid

o

+

+

+

+

+

+

+

+

+

-

-

- -

-

-

- -

-

- -

- -

- - - -

-

- -

-

- -

-

+

+ +

+

+

+

-

+ Íon deter. potencial

Contra íon hidratado

Ânion Coletor

• Coletor:

1. Oleato ou sulfosuccinamato (Hidrocol).

2. Um aumento excessivo acarreta a coleta de minerais de ganga reduzindo o teor de P2O5 no concentrado.

3. Excessos podem também acarretar a perda de recuperação devido à mudança de orientação da carga do coletor

Fosfatos

Carvão• Valorização das frações finas mudanças nas políticas

econômicas e utilização de recursos energéticos.

Carvão

• Aplicação:

O objetivo da flotação em uma usina de beneficiamento de carvão mineral é apenas aumentar a recuperação de finos metalúrgicos, sendo que as frações grosseiras recuperadas por processos densitários que possuem menor custo e não necessitam do uso de reagentes químicos, portanto, com menores riscos ao meu meio ambiente.

Carvão

• Carvão betuminoso é naturalmente apolar.

• Mineral-minério: carvão.• Minerais de ganga: pirita e minerais silícicos.

Carvão• Reagentes utilizados na flotação:

1. Reforçadores de hidrofobicidade: hidrocarbonetos líquidos derivados do petróleo.

- Oléo diesel (950 g/t)2. Espumante:- Óleo de pinho (ação coletora) (200g/t)- Metil-isobutil-carbinol (espuma “rala”, mas menor teor de cinzas)3. Depressor:- Pirita: cal, NaCl, KCl ou FeCl3- Minerais silícicos: silicato de sódio

Carvão

• Importância do uso de reforçadores de hidrofobicidade:

Squeezing out effect ou efeito de segregação é importante pois, se a superfície do carvão estiver oxidada ou contaminada com outras espécies, ele garante a hidrofobicidade das partículas.

SELETIVIDADE!!!!!SELETIVIDADE!!!!!

Resultados de testes de flotação em bancada de um minério de carvão com e sem óleo diesel.

Teste Produto Reagentes pH Massa Teor Massa Recuperação (%)

Carvão utilizados gramas % (%) Útil (g)

1 Flotado Espumante - 5gts 6,75 34,87 11,90 58,50 20,40 45,01

Afundado 258,22 88,10 9,65 24,92 54,99

Alim. Rec. 293,09 100,00 15,46 45,32 100,00

2 Flotado Espumante - 5gts 6,3 55,57 19,69 64,59 35,89 70,02

Afundado Óleo Diesel - 10 gts 226,68 80,31 6,78 15,37 29,98

Alim. Rec. 282,25 100,00 18,16 51,26 100,00

Carvão

• Peculiaridades na flotação de carvão:

1. Usualmente é feita em um estágio.

2. Opera com granulometrias mais grosseiras.

3. Polpas diluídas – 3 a 8% em peso.

4. Cinética é fator de grande importância.

Planta de flotação de carvão com um estágio. Operando com o equipamento PNEUFLOT®

Sulfetos

• Os minerais sulfetados apresentam propensão a oxidação superficial, elevada condutividade elétrica e contêm enxofre, um elemento químico bastante eletronegativo.

• O potencial eletroquímico (Eh) dos sistemas de flotação de sulfetos devem ser bem controlados para garantir uma boa operação.

Sulfetos

• Sistemas de flotação de sulfetos:

1. Cobre – calcosita(Cu2S), calcopirita(CuFeS2), bornita(Cu5FeS4), covelita(CuS)

2. Chumbo – galena (PbS), cerusita(PbCO3), anglesita(PbSO4)

3. Zinco – esfalerita (ZnS), willemita(Zn2SiO4)

4. Níquel – pentlandita((Fe,Ni)9S8)

5. Outros – sulfetos contendo ouro, cobalto, molibdênio, antimônio.

Sistema Cobre• Assembléia mineral:

calcosita(Cu2S),calcopirita(CuFeS2),bornita(Cu5FeS4), covelita(CuS).

• Os sulfetos de cobre associados a pirita (FeS2) e pirrotita (Fe(1-x)S (com x variando 0 a 0,2)) são os de mais difícil seletividade, pois o uso exagerado de depressores para o ferro pode deprimir o cobre também.

• Flotação em circuito alcalino, sendo a cal o modulador de pH, os coletores podem ser xantatos, ditiofosfatos, ditiocarbamatos sozinhos ou misturas.

Minérioprimário

Solo

Minério oxidado

Min

ério

sulfe

tado

Fusão etrefilaçãoFusão etrefilação

VergalhãoVergalhão

Fabricaçãoe uso

Fabricaçãoe uso

ProdutosMetálicosProdutosMetálicos

FabricaçãoFabricação

ConcentradoConcentradoMinaMina

BritagemBritagem

MoagemMoagem

FlotaçãoFlotação

SecagemSecagem

Conce

ntr

açã

oC

once

ntr

açã

o

PirometalurgiaPirometalurgia

Fornode fusãoForno

de fusão

mattematte

blisterblister

ConversorConversor

Refinodo anodoRefino

do anodo

EletrorrefinoEletrorrefino

anodoanodo

MetaisNobresMetaisNobres

EletróliseEletrólise

MinaMina BritagemBritagem Aglome-ração

Aglome-ração

Lixiviação em pilhas

Lixiviação em pilhas

EletrólitoEletrólitoExtração por solventes

Extração por solventes

SeparaçãoSólido-Líquido

SeparaçãoSólido-Líquido

Lixiviação de concentrado

Lixiviação de concentrado

Tratamentodo rejeito

Tratamentodo rejeito

HidrometalurgiaHidrometalurgia

H2SO4 ou

S elem.

H2SO4 ou

S elem.

MetalMetal

Desenvolvimento de Processos

Sistema Chumbo-Zinco

• Minerais sulfetados – esfalerita (ZnS) e galena(PbS).

• Minerais de ganga – pirita, pirrotita, calcita, dolomita, quartzo, silicatos, barita.

• Principal fonte de zinco em todo o mundo é a esfalerita ou blenda. E a galena é a principal fonte de chumbo.

Sistema Chumbo-Zinco

• O processo: O procedimento padrão é flotar sequencialmente galena e a esfalerita, mas a flotação “bulk”, seguida de separação também é viável industrialmente.

1. A galena flotada em pH 8-10 com etil ou propil-xantato, a esfalerita é desativada com sulfato de zincosulfato de zinco na moagem.

2. Aumenta-se o pH visando deprimir sulfetos de ferro, a esfalerita é ativada com sulfato cúpricosulfato cúprico e flotada com a adição de mais xantato ao sistema.

3. O rejeito da flotação de zinco (sulfetos de Fe e pirita) é condicionado carbonato de sódio e reduz-se o pH para 9 flotando a pirita com isopropil xantato. Isso permite a recuperação do sulfeto de Fe para ser posteriormente aproveitado para produção de ácido sulfúrico e dos metias preciosos associados, especialmente pirita.

Sistema Chumbo-Zinco

Adsorção de coletor na galena

Sistema cobre-chumbo-zinco

• Problemática:

Apesar da facilidade teórica (quando se mistura os três sulfetos moídos) a complexidade dos minérios reais torna este sistema um dos mais complicados, especialmente quando a oxidação superficial leva à dissolução de íons cúprico que ativam a esfalerita, baixando a seletividade do processo.

Sistema cobre-chumbo-zinco

• O processo:

1. Assemelha ao sistema chumbo-zinco, com exceção de uma primeira etapa, na qual realiza-se a flotação do cobre e chumbo.

2. Na segunda etapa, tanto pode-se deprimir cobre quanto o chumbo. O cobre pode ser deprimido com cianeto e a galena com sulfito, SO2 ou dicromato.

Sistema cobre-níquel

• A pentlandita é o principal sulfeto de níquel, ocorre frequentemente associado a calcopirita e pirrotita (Fe(1-x)S) niquífera.

• A separação pentlandita ((Fe,Ni)9S8) /calcopirita(CuFeS2) pode ser feita por flotação ou via pirometalúrgica.

• Na separação, por flotação, a penthandita e pirrotita são deprimidas por cal, cianeto ou detrina e a calcopirita flotada com xantato. A separação da pirrotita geralmente ocorre por combinação de flotação e separação magnética.

OBS: a pirrotita pode conter até 5% de níquel ou cobalto.

Sistema cobre-molibdênio

• A associação de molibdenita com sulfetos de cobre, especialmente calcopirita é bastante comum. Um exemplo de ocorrência de minérios de cobre com presença de molibdênio é em Andina e Chuquicamata, no Clile. Normalmente, aos minérios de cobre e molibdênio, estão associados os minerais bornita (Cu5FeC4), quartzo (SiO2), calcita (CaCO3) e calcocita (Cu2S).

• Molibdenita (MoS2): minério de molibdênio, normalmente é encontrado associado a silicatos de cálcio, scheelita e calcopirita.

• Calcopirita (CuFeS2): minério de cobre mais abundante na natureza, sendo uma das fontes mais importantes desse metal.

• A molibdenita é um dos poucos minerais que apresentam uma hidrofobicidade natural. O processo mais comum para separação de sulfetos de cobre e molibdênio é a depressão do sulfeto de cobre e flotação do sulfeto de molibdênio.

Sistema cobre-molibdênio• Reagentes:

1. Coletor: Os xantatos podem ser utilizados como coletores para molibdenita, no entanto não são específicos para este mineral. Utiliza-se também óleos minerais e vegetais não polares (hidrocarbonetos) como reforçadores de hidrofobicidade (são utilizados na forma de emulsão para aumentar a difusão em solução aquosa).

2. Depressores: O cianeto de sódio tem o uso bastante difundido como depressor para sulfetos de cobre, especialmente calcopirita. No entanto, o hidrossulfito de sódio (NaHS) tem sido bastante utilizado devido a aspectos ambientais. Na sua utilização é indesejável polpas aeradas, pois o oxigênio oxida o enxofre a tiossulfato, sulfato, etc, resultando em um maior consumo do reagente. Uma opção para que não ocorra tal oxidação é o uso de nitrogênio como gás. O uso do depressor causa uma variação no potencial eletroquímico da calcopirita fazendo com que ela não possa ser coletada pelo xantato.

Sistema cobre-molibdênio• Reagentes:

3. Modificadores: Para regular o pH usa-se leite de cal (pois o íons cálcio não exerce papel de ativador ou desativador neste sistema).

3. Espumante: iso-butil carbinol e/ou propileno glicol.

Sistema cobre-molibdênio• Possível circuito para flotação de molibdenita:Possível circuito para flotação de molibdenita:

Concentrado de sulfetos

Polpa + Leite de cal + NaHS + xantato + óleo diesel + MIBC

Concentrado de molibdenita

RG

CL

SG

RC

Concentrado de calcopirita

NaHS

coletores