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UNIVERSIDADE FEDERAL DE GOIÁS – UFG REGIONAL CATALÃO
ESPECIALIZAÇÃO EM TRATAMENTO DE MINÉRIOS
VILTON FRANCISCO DE ASSIS
USO DE DISPERSANTE NAS ETAPAS DE CONCENTRAÇÃO DE
NIÓBIO
CATALÃO OUTUBRO/2014
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VILTON FRANCISCO DE ASSIS
USO DE DISPERSANTE NAS ETAPAS DE CONCENTRAÇÃO DE
NIÓBIO
Orientador:Prof. Dr. Denilson da Silva Costa
CATALÃO
OUTUBRO/2014
Monografia apresentada ao
curso de pós-graduação em
Tratamento de Minérios da
Universidade Federal de Goiás
– UFG, como requisito parcial
para obtenção do título de
Especialista em Tratamento de
Minérios.
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RESUMO
O presente trabalho tem como objetivo principal avaliar a influênciade um
dispersante no processo de beneficiamento de nióbio.Os testes foram realizados em
laboratório, de forma descontínua, e consistiram de escrubagem, deslamagem,
flotação dos minerais silicatados e flotação do pirocloro (Nb2O5). A adição do
DISPERSANTE AG 300 foi realizada no processo de escrubagem, feito na própria
cuba de flotação, com dosagens de 88, 175, 281, 376 e 448 g/t para o material
grosso, e de 112, 212, 314 e 391 g/t para o material fino. A porcentagem de sólidos
no processo de escrubagem foi de 60% e o tempo de agitação foi de 5 minutos.O
pH da polpa foi controlado pela adição de hidróxido de sódio (NaOH).Os resultados
obtidos apontam para uma influência positiva do dispersante AG 300 no resultado
final da flotação de nióbio. No concentradodomaterial grosso,foi detectado uma
redução do contaminante sílica(SiO2) de 2,45%, para o teste padrão (sem
dispersante) para 1,49%, com a dosagem de 376 g/t de dispersante. Nos finos,
omesmo contaminantereduziu de 1,18%, para 1,06%, usando o AG 300 na
dosagem de 212 g/t. Em relação ao ganho de massa no concentrado final
(rendimento), também foi significativa a melhora.No circuito de grossos, o ganho de
massa foi de 0,86% para 1,60%. No circuito de finos de 0,58% para 1,09%.Portanto,
conclui-se que o uso do dispersante AG 300 pode ser uma alternativa ao processo
industrial, melhorando a eficiência de operação da concentração de pirocloro,
necessitando, no entanto, de testes em escala industrial.
Palavras-chave: Dispersante; Beneficiamento; Nióbio.
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ABSTRACT
This study aims to evaluate the influence of a dispersant in niobium beneficiation
process. The tests were performed in the laboratory, discontinuously, and consisted
of escrubagem, desliming, flotation of silicate minerals and flotation of pyrochlore
(Nb2O5). The addition of AG 300 DISPERSANT escrubagem was in the process
performed in the flotation tank with dosages of 88, 175, 281, 376 and 448 g / t for the
bulk material, and 112, 212, 314 and 391 g / t for fine material. The percentage of
solids in the escrubagem process was 60% and the stirring time was 5 minutes. The
pulp pH was controlled by adding sodium hydroxide (NaOH). The results indicate a
positive influence of the dispersant AG 300 on the final result of the flotation of
niobium. In the concentrate of the coarse material, a reduction of the contaminant
silica (SiO2) of 2.45%, with the pattern (no dispersant), to 1.49% with a dosage of
376 g / t dispersant was detected. In fine, the same contaminant decreased from
1.18% without dispersant, to 1.06%, using the AG 300 at a dosage of 212 g / t. In
relation to the mass gain in the final concentrate (yield) was also significantly
improved. In the thick circuit, the gain was 0.86 mass% to 1.60%. In fines from
0.58% to 1.09% circuitry. Therefore, it is concluded that the use of dispersant AG
300 can be an alternative to the industrial process, improving the operation efficiency
of the concentration of pyrochlore, requiring, however.
Keywords :Dispersant; Processing; Niobium.
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AGRADECIMENTOS
A todos que colaboram por esta conquista e aprendizado.
A minha esposa pela tolerância e incentivos.
Aos meus filhos por quem tenho eterna admiração.
Aos colegas que sempre contribuíram nas horas que buscava ajuda.
Aos professores que dedicaram parte de seu precioso tempo para transmitir seus
conhecimentos e mostrar um novo caminho.
Especialmente ao professor Dr.Denilson da Silva Costa, pela paciência e disposição
em me orientar neste trabalho que concretiza meu sonho.
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7
SUMÁRIO
RESUMO ................................................................................................................... 3
ABSTRACT ................................................................................................................ 4
SUMÁRIO .................................................................................................................. 7
1. INTRODUÇÃO ....................................................................................................... 8
3. JUSTIFICATIVA ................................................................................................... 11
4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA ................................................................................. 12
4.1 DISPERSANTES .......................................................................................... 141
4.2 FLOTAÇÃO .................................................................................................. 142
4.2.1 EFEITOS DE RECOBRIMENTO POR LAMAS .......................................... 14
4.2.2 EFEITO DA QUALIDADE DA ÁGUA ........................................................... 15
4.2.3 REAGENTES DE FLOTAÇÃO .................................................................... 20
4.2.4 VARIÁVEIS DE FLOTAÇÃO ........................................................................... 24
4.3SILICATOS E SUA ESTRUTURA CRISTALINA ............................................... 337
4.3.1CARGA SUPERFICIAL DOS SILICATOS ...................................................... 248
4.3.2FLOTAÇÃO DOS PRINCIPAIS SILICATOS ............................................... 340
4.4 EQUIPAMENTOS DE FLOTAÇÃO .................................................................... 33
4.4.1 CÉLULAS MECÂNICAS .............................................................................. 34
4.4.2 COLUNA CONVENCIONAL ........................................................................ 35
4.4.3 CÉLULAS PNEUMÁTICAS ......................................................................... 36
5. METODOLOGIA................................................................................................. 396
6. RESULTADOS E DISCUSSÃO............................................................................ 39
7. CONCLUSÃO ...................................................................................................... 43
8. REFERÊNCIAS .................................................................................................... 44
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1. INTRODUÇÃO
Mineral é todo corpo inorgânico de composição química e propriedades
físicas definidas, encontrado na crosta terrestre. Quando o mineral ocorre em
concentrações e quantidades que permitam seu aproveitamento econômico tem-se
uma jazida mineral. Caso contrário, tem-se um depósito mineral. Um depósito
mineral pode passar a ser uma jazida mineral em função da conjuntura político-
econômica. Um minério é constituído pelo(s) mineral(ais) de interesse comercial
(mineral-minério) e um conjunto de minerais que não são aproveitados no processo
industrial, denominados de ganga (Viana 2009).
Frequentemente, os minerais não são encontrados na natureza em condições
que permitam a sua utilização direta. Em função disso, para seu aproveitamento
econômico, torna-se necessária a utilização de processos de concentração mineral.
A separação industrial dos diferentes minerais é obtida através de uma
propriedade diferenciadora que possibilita a concentração seletiva de uma ou mais
espécies em relação às demais presentes no minério. Essa propriedade
diferenciadora pode ser natural ou induzida. A recuperação econômica de um
componente presente em uma mistura depende da escolha e aplicação do método
e/ou processo de concentração mais adequado(Viana 2009).
Ao contrário de algumas propriedades físicas, tais como a densidade e a
susceptibilidade magnética, as propriedades de superfície do mineral podem ser
modificadas através da adição de reagentes químicos, o que torna a flotação,
aglomeração e floculação processos muito versáteis.
A deslamagem antecedendo a flotação é uma prática industrial muito comum
em sistemas envolvendo não sulfetos. Nela podem ser utilizados reagentes para
elevar o grau de dispersão dos finos e ultrafinos aumentando a sua eficiência, que
por sua vez, é requisito para a seletividade na flotação.
Diante do exposto, o objetivo principal deste trabalho é avaliar a influência de
um dispersante no beneficiamento de nióbio do deposito de Catalão/Ouvidor/GO,
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para partículas grossas e finas, com o intuito de alcançar melhoriasno processo de
concentração do pirocloro.
A amostra utilizada para execução dos testes foi obtida na usina de
beneficiamento, no underflow das deslamagens de finos e grossos. A descrição
sucinta das etapas do processo: após a extração do minério (mina a céu aberto), o
material é transportado, em caminhões com capacidade de 35 toneladas, por 15 km
até a usina. A primeira etapa da cominuição é a britagem primária e, após, a
britagem secundária em circuito fechado com peneira de tela de2”, seu produto
(undersize) alimenta a pilha de homegeneização. Antes da moagem faz-se uma
classificação tipo escalpe, via úmida, para retirar os finos (- ½”) e o + ½” passa em
um separador magnético, em que o magnético alimenta o moinho de barras
juntamente com o – 1/2” e o não magnético é descartado. Os moinhos de bolas
funcionam em circuito fechado com a classificação (hidrociclones de 20”), cujo corte
é 20% em 150 #. Faz-se deslamagem em hicrociclones de 4” (circuito de grossos) e
hidrociclones de 50 mm (circuito de finos). Após as deslamagens faz-se os
condicionamentos, atrições, flotação de sílica, nova deslamagem, flotação dos
carbonatos, separação magnética, deslamagem condicionamento e flotação de
nióbio.
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2. OBJETIVOS
2.1 Objetivo geral
Avaliar a eficiência de dispersante químico AG 300 na concentração de piroclorodo
minério dodeposito deCatalão/Ouvidor/GO.
2.2 Objetivos específicos
Verificar a efetividade do dispersante AG 300 na etapa de flotação de sílica e
seus reflexos na flotação denióbio;
Verificar a dosagem adequadade dispersante;
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3. JUSTIFICATIVA
A flotação de nióbio tem seu desempenho afetado em função da baixa
flotabilidade dos silicatos nas fases anteriores (flotação de sílica). As grandes
Instituições de pesquisa do país tem realizados diversos testes junto as mineradoras
locais a fim de otimizaro processo de concentração do mineral pirocloro. Umas das
alternativas buscadas foi o teste com dispersantes na flotação de silicatos, tema do
presente trabalho, pois o mineral é extremamente raro e de alto valor agregado,
onde um ganho mínimo em eficiência representa uma significativa lucratividade da
empresa e melhor aproveitamento do bem mineral que é muito escasso no mundo.
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4. REVISÃO BIBLIOGRÁFICA
4.1 DISPERSANTES
Segundo Araújo(2009),a dispersão é uma etapa básica para classificação e
concentração de minérios oxidados por flotação.A baixa eficiência de classificação e
a seletividade na flotação de partículas finas são correlacionados aos maus
resultados, daí a importância da escolha do dispersante eficiente para aumentar a
recuperação.
Partículas finas suspensas em meio líquido estão sujeitas a duas forças
principais: força atrativa de London-van der Waals e a força repulsiva da dupla
camada elétrica (LU et alli, 1997). Quando a força de repulsão predomina sobre a
força de atração, diz-se que as partículas tenderão para dispersão e o sistema é
considerado estável. Na maioria dos casos há necessidade de se utilizar um produto
químico para otimizar a dispersão. A principal função do dispersante é induzir e
aumentar a interação repulsiva entre as partículas, ou seja:
i. Aumentar o valor absoluto do potencial de superfície das partículas, e
consequentemente elevar a repulsão da dupla camada elétrica;
ii. Fortalecer a repulsão estérica através da adsorção de macromoléculas
sobre a superfície da partícula;
iii. Repelir as películas de hidratação em torno da partícula em solução
aquosa.
No tratamento de minérios é necessário utilizar dispersantes químicos para
manter a estabilidade das suspensões. Estes reagentes podem ser orgânicos ou
inorgânicos.
Os reagentes inorgânicos utilizados atuam principalmente aumentando a
carga da dupla camada elétrica, adsorvendo-se na superfície das partículas através
das ligações de hidrogênio ou adsorção química, sendo eles á base de
polycarboxilato de sódio.
O sódio atua aumentando o módulo da carga da dupla camada elétrica em
razão da presença dos íons determinadores de potencial (H+ e OH-).A ação
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dispersante dos polímeros está associada ao número de grupos polares presentes,
tais como (–COOH).
Os polímeros podem desenvolver o papel de floculante, dispersante e
depressor, havendo uma diferença na estrutura de cada um deles (SHIJIE, 1984).
Esses reagentes podem atuar aumentando a carga da dupla camadaelétrica, por
solvatação ou por estabilização estérica. Solvatação se refere àquelas interações
que podem acontecer na superfície da partícula que aumentam o caráter liofílico do
sistema sem aumentar a carga elétrica. Nesse caso o volume da molécula é
desprezível. A estabilização estérica depende da configuração espacial e a
molécula tem um volume considerável
Quase todos os materiais macroscópicos ou particulados em contato com um
líquido adquirem uma carga elétrica em sua superfície. Essa carga pode aparecer
de várias maneiras - a dissociação de grupos ionogênicos na superfície da partícula
e a adsorção diferencial de íons da solução na superfície da partícula. A carga
líquida na superfície da partícula afeta a distribuição de íons na sua vizinhança,
aumentando a concentração de contra íons junto à superfície. Assim, forma-se uma
dupla camada elétrica na interface da partícula com o líquido.
Essa dupla camada divide-se em duas regiões: uma região interna que inclui
íons fortemente ligados à superfície e uma região exterior onde a distribuição dos
íons é determinada pelo equilíbrio entre forcas eletrostáticas e movimento térmico.
Dessa forma, o potencial nessa região decai com o aumento da distância da
superfície até uma distância suficientemente grande, atingir o potencial da solução.
Esse potencial é convencionado como potencial de carga zero.
Em um campo elétrico, como em microeletroforese, cada partícula e os íons mais
fortemente ligados à mesma se movem como uma unidade, e o potencial no plano
de cisalhamento entre essa unidade e o meio circundante é chamado potencial zeta.
4.2 FLOTAÇÃO
A flotação é um processo de concentração dos mais utilizados na indústria
mineral, e se baseia na separação seletiva dos constituintes através da diferença
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entre as propriedades de superfície dos minerais contidos no minério e previamente
liberados. 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.
O processo de separação por flotação é baseado no controle das
propriedades hidrofóbicas diferenciais dos minerais que se encontram disperso
numa polpa, através da utilização de reagentes químicos específicos. A flotação,
nos últimos anos, tem sido responsável pela grande recuperação das frações de
minérios, aumentando muito a produção desses.
Os processos físicos de separação não são eficientes para lidar com as
novas condições do minério que se encontra mais pobres de teores. Nesse campo,
a flotação veio como a tecnologia capaz de selecionar o minério de maneira que
processos físicos não eram capazes. Essa nova condição do minério faz com que o
grau de liberação das partículas tenha que aumentar, consequentemente gerando
mais finos ao processo. As partículas finas são prejudiciais à flotação, sendo
geralmente removidas antes dessa etapa.
Nesse método de separação, partículas sólidas presentes em um meio
líquido são arrastadas e separadas por bolhas de ar introduzidas no processo,
enquanto que as partículas indesejáveis continuam na fase aquosa. As
propriedades físicas e químicas das espécies presentes em solução são
responsáveis por todo o processo.
4.2.1 EFEITOS DE RECOBRIMENTO POR LAMAS E GRAU DE DISPERSÃO
Denomina-se lama o material fino natural ou que se forma pela
fragmentação de minerais, nas operações de cominuição e na célula de flotação,
pela agitação da polpa. Esse material pode ser originário tanto do mineral-minério,
quanto dos minerais de ganga. Os efeitos do recobrimento das partículas por
lamas (chamado slimescoating) são variados e muito prejudiciais. As lamas podem
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aumentar o consumo de reagentes, pois possuem uma superfície específica muita
elevada e extremamente ativa na flotação. Por isso, os coletores atuam
inicialmente nas lamas, o que implica em uma redução em sua concentração na
polpa, o que torna necessário um aumento na dosagem de coletor para que a
flotação de partículas mais grosseiras possa ocorrer. Outro efeito nocivo das
lamas, talvez o pior, é o de recobrir a superfície mineral que se deseja flotar
(slimescoating), o que leva a uma diminuição na seletividade do processo. As
lamas podem, ainda, reduzir a velocidade de flotação, contaminar o concentrado,
bloquear a superfície das espumas, dentre outras coisas.
O grau de dispersão do sistema, portanto, deve afetar o desempenho do
processo quando houver finos e ultrafinos em polpa de circuito de flotação. Nessas
faixas, forças intermoleculares de longo alcance e fenômenos de dupla camada
elétrica podem dominar e controlar a interação bolha/partícula e a interação de
partículas entre si. Além disso, propriedades morfológicas (rugosidade,
cristalinidade, porosidade, angulosidade) e a química de solução, as quais afetam
as respostas à flotação, podem variar com a granulometria.
Em muitos casos, o insucesso na flotação de finos tem sido atribuído à
agregação das partículas antes de sua captura pelas bolhas de ar. Geralmente, a
agregação de partículas é favorecida por potenciais eletrocinéticos baixos ou de
sinais opostos e por pequenas “espessuras” das duplas camadas elétricas. A
agitação da polpa e a temperatura também desempenham papel importante na
agregação.
4.2.2 EFEITO DA QUALIDADE DA ÁGUA
A composição química da água é um fator importante para o resultado da
flotação. A água natural contém, geralmente, uma certa quantidade de íons (Cl-),
(SO42-),(CO32-),(Na+),(k+),(Ca2+),(Mg2+),(H+), juntamente com moléculas de gases
nela dissolvidos como o O2eCO2.
Naturalmente, esses íons podem agir na superfície dos minerais, alterando as
condições de flotabilidade ou reagindo quimicamente com o coletor e modificadores
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utilizados, provocando variados efeitos. A utilização de uma água dura, ou seja, rica
em íons, por exemplo, pode provocar uma queda na seletividade do processo e um
maior consumo de reagentes.
Um exemplo clássico de efeito da dureza da água é a ativação de quartzo,
quando se usam coletores aniônicos. O cálcio bivalente (Ca2+) adsorve-se sobre a
sílica e torna a superfície positiva (ou mais positiva), potencializando a adsorção do
ânion coletor. Mesmo em pH 10 ocorre reversão do potencial eletrocinético (zeta)
para o quartzo, quando a concentração de Ca+2 atinge 0,06 molar.
Na flotação, assim como em outras etapas do tratamento de minérios, é
muito difícil se obter o concentrado final de uma só vez. Devido a esse fato,
desenvolveram-se etapas durante o processo de flotação objetivando um maior
aproveitamento do material a ser tratado.
Geralmente executa-se uma etapa inicial chamada “rougher”, onde se
obtém um concentrado pobre e um rejeito que ainda tem material. O rejeito rougher
é enviadoà outra etapa denominada “scavenger”, onde a parcela de material é
recuperada e o rejeito é final. O concentrado rougher é enviado àuma etapa
“cleaner”, onde o teor consegue ser aumentado até um teor desejável para um
concentrado final. O concentrado da etapa scavenger é pobre para ser considerado
produto final e o rejeito cleaner é muito rico para ser descartado, então os dois
fluxos são unidos e retornam ao circuito.
O circuito mostrado na figura 1é o mais comum, mas cada empresa faz as
variações de que necessita no seu processo.
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Figura 1 - Circuito típico de flotação.
Fonte: Chaves; Rodrigues (2009)
Num sistema de flotação, três fases coexistem: líquida, sólida e gasosa. A
fase sólida é composta pelas partículas que se deseja separar. Segundo Santana
(2007), a fase líquida é sempre a água e a fase gasosa é sempre o ar.
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
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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.
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 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 processo de flotação, a afinidade ou não a agua é de extrema
importância. As partículas que se deseja flotar devem ser apolares, ter afinidade
pela parte gasosa da polpa, e não pela aquosa, ou seja, devem ser hidrofóbicas. Já
as partículas que se deseja deprimir, devem ser polares, ter afinidade pela água, ou
seja, hidrofílicas(figura 2).
Figura 2 - Propriedades hidrofílicas ou hidrofóbicas das substâncias.
Mineral Hidrofílico
Mineral Hidrofóbico
Fonte: Autoria Própria.
As bolhas de gás são introduzidas no processo para se ligar ás partículas
hidrofóbicas, formando um conjunto partícula bolha que, devido a menor densidade,
MINERAL
H2O
Ar
MINERAL
Ar
H2O
MINERAL MINERAL
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é carreado para a parte de cima do equipamento, formando uma espuma rica do
material flotado.
Segundo Santana (2007),é devido à ação de cargas elétricas que, a maioria
das espécies minerais, quando em meio aquoso, não são naturalmente
hidrofóbicas.
Alguns parâmetros podem ser usados como medida da seletividade de
separação: relação de enriquecimento (razão entre teor de concentrado e de
alimentação) ou pela eficiência que pode ser calculada pela Equação1:
ac
acRE
máx
c
(01)
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.
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,
consequentemente, 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,
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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.
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.
4.2.3 REAGENTES DE FLOTAÇÃO
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. Em um sistema de flotação os reagentes podem ser classificados de
acordo com seu papel no processo, em coletores, espumantes e modificadores ou
reguladores.
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,
frequentemente, 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
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ou catiônica), não-iônica ou anfotérica. Essa porção representa a parte hidrofílica da
molécula.
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.
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. 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.
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Figura 3-Estrutura química de surfactantes: ácidos graxos: (a)saturados; (b) insaturados.
Fonte:Viana e Paulo(2006)
A figura 3 destaca a 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).
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.
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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.
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; agem primariamente como coletores de sulfetos metálicos;
Compostos ionizáveis não-tio: podem agir como coletores ou como espumantes;
Compostos não iônicos: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.
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 oximinerais,
24
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).
Conforme definido anteriormente, os coletores são reagentes que atuam na
interface sólido-líquido, alterando a característica da superfície mineral de hidrofílica
para hidrofóbica. 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.
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.
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).
4.2.4VARIÁVEIS DE FLOTAÇÃO
A condição básica para que ocorra o processo de flotação é a liberação dos
minerais de interesse dos de ganga. De um modo geral, a eficiência desse processo
é maior para uma faixa granulométrica intermediária (20 a 105 µm). Dependendo do
nível de associação dos minerais no minério, torna-se, muitas vezes, necessária a
realização da moagem a uma granulometria mais fina que permita a liberação dos
minerais de interesse. Isto normalmente acarreta a geração de finos, prejudicando o
25
processo de flotação. Por outro lado, mesmo quando os minerais de interesse
encontram-se liberados em granulometria grossa, algumas vezes é necessário
reduzir o tamanho das partículas, de forma a obter uma maior eficiência de flotação.
Essa necessidade, além de acarretar a geração de finos, eleva os custos do
processo.
Além dos critérios usuais de flotabilidade, para que ocorra o processo de
flotação, outras importantes variáveis devem ser observadas. Dentre elas se
destacam a eficiência do contato entre as partículas e as bolhas, a estabilidade da
espuma e a capacidade de transporte das bolhas de ar.
Os seguintes mecanismos estão envolvidos no processo de flotação:
Colisão: é a primeira etapa do processo de flotação e consiste no contato entre
as partículas minerais e as bolhas de ar. Essa etapa ocorre após a cominuição do
minério, para liberação dos minerais de interesse, e o condicionamento da polpa
com os reagentes de flotação. A colisão é mais efetiva em elevadas
concentrações de sólidos na polpa e quando as partículas minerais e as bolhas de
ar descrevem trajetórias em sentidos opostos;
Adesão: a probabilidade de adesão da partícula à bolha é determinada
principalmente pelo grau de hidrofobicidade da superfície da partícula e pelo
tempo de indução, tempo esse decorrido entre a colisão e a adesão efetiva da
partícula à bolha, rompendo a camada de hidratação. A hidrofobicidade de uma
partícula é função da densidade de adsorção do coletor. Dessa forma, as
características físico-químicas da superfície das partículas minerais, a dosagem
do coletor e o seu poder de adsorção são os principais fatores responsáveis pela
adesão das partículas às bolhas de ar. Por outro lado, bolhas pequenas
apresentam camada de hidratação menos espessa facilitando o contato efetivo
entre as partículas minerais hidrofóbicas e o ar no interior da bolha;
Estabilidade: baseado em desenvolvimentos teóricos, sabe-se que a flotação das
partículas minerais ocorre em função das forças que atuam sobre o agregado
partícula-bolha formado. Quando a resultante dessas forças é no sentido
ascendente ocorre o transporte do agregado partícula-bolha da base da célula até
a interface polpa-espuma. Um aumento na turbulência da polpa na célula pode
26
acarretar uma elevação na probabilidade de “descoleta” das partículas. A
“descoleta” da partícula da bolha de ar ocorre quando a força dinâmica é superior
à força de adesão do agregado partícula-bolha podendo ser reduzida através do
aumento da dosagem do coletor e, consequentemente, do ângulo de contato.
Entretanto, esse aumento pode acarretar uma redução significativa na
seletividade do processo e um aumento no custo operacional da flotação;
Levitação: após a formação do agregado estável partícula-bolha, a próxima etapa
necessária à flotação é o seu transporte através da polpa até a espuma. Bolhas
pequenas, da ordem de 0,4 a 0,5 mm terão força de empuxo na água,
correspondente a 0,03 - 0,06 mg, suficiente para transportar partículas com
tamanho da ordem de 0,3 mm. Bolhas maiores serão capazes de transportar
partículas maiores. Entretanto, estas podem também ser transportadas pela ação
de um conjunto de bolhas com diâmetros da ordem de 0,4 a 0,5 mm. Nesse caso,
a cinética de coleta será mais lenta porque várias colisões de partícula-bolha
serão necessárias.
Considerando os mecanismos descritos, o processo de flotação pode ser
afetado por uma série de variáveis. Segundo Peres (2009) 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
antieconômico.
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;
Holdup do ar;
Tempo de residência;
Concentração de sólidos;
27
Tamanho das bolhas;
Velocidade do rotor (somente em célula mecânica);
Tamanho das partículas;
Água de lavagem (somente em coluna de flotação) e
Bias (somente em coluna de flotação).
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. A
seguir serão feitos alguns comentários sobre cada variável.
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
28
conferindo-lhe o caráter hidrofílico ou hidrofóbico conforme desejado.
Alternativamente, alguns reagentes podem ser adicionados no 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 frequentemente favorece a obtenção de níveis mais elevados de
recuperação do mineral de interesse.
4.3 SILICATOS E SUA ESTRUTURA CRISTALINA
Oito elementos químicos respondem a 98% da crosta terrestre: oxigênio,
silício, alumínio, ferro, magnésio, cálcio, sódio e potássio. Desses, somente o
oxigênio e silício são responsáveis por cerca de 70% da crosta. Esse fato explica
por que os minerais que contêm silício e oxigênio, denominados silicatos, são os
minerais mais abundantes na crosta terrestre.
Os silicatos são formados por grupos aniônicos [SiO4]4– que se constituem
na unidade básica de todos os arranjos de suas estruturas. A existência de
diferentes grupos de silicatos estão relacionados às diversas possibilidades de
compartilhamento dos íons de oxigênio e os diferentes arranjos de estruturas
resultantes desse compartilhamento, pois os diferentes grupos de silicatos podem
existir como tetraedros isolados, podem estar unidos por cátions ou unidos em
estruturas mais complexas sob a forma de polímeros através do compartilhamento
dos oxigênios localizados nos vértices dos tetraedros. Em virtude dessa situação,
não se encontra na natureza, entre centenas de silicatos existentes, um único
exemplo de silicato em que exista o compartilhamento de aresta ou face do
tetraedro SiO4. Na figura 4a está a classificação dos diversos grupos de silicatos.
29
Figura 4 – Classificação dos silicatos em grupos.
Fonte: Viana e Araújo(2006)
4.3.1 CARGA SUPERFICIAL DOS SILICATOS
A carga superficial dos silicatos tem sua origem primária nas ligações
químicas não totalmente satisfeitas eletricamente e a posição relativa dessas
ligações na estrutura cristalina que é determinada pela superfície de quebra
associada ou não a planos de clivagem.
30
Durante sua formação o balanceamento elétrico da estrutura cristalina é
completo, pois ocorrem na estrutura cristalina de vários silicatos substituições
iônicas simples de cátions e ânions, substituições em interstícios, ou substituições
por omissão (deixando sítios vazios na estrutura) de tal maneira que a totalidade da
estrutura cristalina permanece eletricamente neutra. Assim, a geração de carga
superficial pode ser atribuída primordialmente às superfícies quebradas, ou não
completadas, onde as ligações estão “dependuradas”, ou seja, eletricamente
insatisfeitas.
Essas superfícies, com ligações incompletas e com sítios de cargas tanto
negativas quanto positivas, tendem a reagir fortemente com a água devido à
polaridade das moléculas da água. Na ausência de outros íons, sítios positivos e
negativos da superfície reagem com íons OH- e H+ fazendo com que a carga
superficial seja dependente do pH (Figura 5).
Figura5 – Esquema de hidrólise superficial do quartzo.
Fonte: Viana (2006)
31
Portanto, a carga elétrica na superfície do quartzo e, consequentemente, a
densidade de adsorção de coletor, depende do pH do sistema. Para um pH neutro
ela se mostra negativamente carregada. Em meio ácido, a espécie H+ é responsável
pela redução dos sítios negativos na superfície do quartzo. Na superfície do quartzo
predominam os grupos silanóis (Si - OH), as ligações siloxanas (Si - O - Si) e
moléculas e água adsorvidas fisicamente. Os grupos OH da superfície do quartzo
são os principais responsáveis pela adsorção de moléculas de água, através de
ligações de hidrogênio.
Quando o quartzo é moído á úmido, ligações quebradas na superfície
reagem com moléculas de água para formar ácido silício superficial. A ionização
desta superfície ácida dá origem á carga na superfície do mesmo. Quando SiOH
libera H+ produz sítios negativos (SiO-) e quando consome H+ produz sítios positivos
(SiOH2+).
4.3.2 FLOTAÇÃO DOS PRINCIPAIS SILICATOS
Os silicatos, em geral, apresentam nenhuma ou pouca solubilidade e ponto
de carga zero (PCZ) em faixa de pH muito ácida, com exceção dos nesossilicatos,
não respondendo adequadamente, em muitas situações, à flotação com coletores
aniônicos na faixa de pH acima do PCZ, evidenciando mecanismos de adsorção
diferentes entre essas classes.
Na flotação de silicatos, de acordo com Viana (2006), os reagentes mais
comumente utilizados são os ácidos carboxílicos e as aminas, que também se
encontram presentes na flotação de inúmeros grupos mineralógicos.
Quando uma camada de macromoléculas é adsorvida na superfície da
partícula, ela move o plano de cisalhamento para longe da superfície e altera o
potencialzeta.Dessa forma, o potencial zeta é função da carga superficial da
partícula, de qualquer camada adsorvida na interface com o meio e da natureza e
composição do meio que a circunda.Esse potencial pode ser determinado
experimentalmente e, como ele reflete a carga efetiva nas partículas, ele se
correlaciona com a repulsão eletrostática entre elas e com a estabilidade da
suspensão.
32
O potencial zeta não pode ser medido diretamente. Assim usa-se algum tipo
de medida indireta, a partir da qual se calcula o potencial zeta. A técnica mais usada
e mais aceita é através da mobilidade eletroforética. Introduz-se uma suspensão
coloidal diluída em uma cuba com dois eletrodos e aplica-se um potencial elétrico à
suspensão. As partículas com carga elétrica líquida mover-se-ão na direção do
eletrodo de carga contrária, tão mais rapidamente quanto maior a sua carga elétrica
e maior o campo elétrico aplicado. O quociente da velocidade de deslocamento pelo
campo elétrico chama-se mobilidade eletroforética, expressa em (m2/V.s ). Esse
valor entra numa equação (as mais usadas são as aproximações
de Smoluchowski ou a de Debye) para calcular o potencial zeta.
O potencial zeta é um indicador útil dessa carga e pode ser usado para
prever e controlar a estabilidade de suspensões ou emulsões coloidais.
Quanto maior o potencial zeta mais provável que a suspensão seja estável, pois as
partículas carregadas se repelem umas às outras e essa força supera a tendência
natural à agregação.A medida do potencial zeta é, com frequência, a chave para
compreender processos de dispersão e agregação em aplicações tão diversas
quanto apurificação de água, moldes cerâmicos ou a formulação de tintas e
cosméticos.
33
4.4 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, ou seja:
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.
As máquinas de flotação são, também, responsáveis por outras funções
secundárias, tais como:
Manter a mesma oportunidade de contato e adesão às bolhas de ar para todas as
partículas minerais;
Minimizar ao máximo o “by-pass” ou curto circuito das partículas;
Evitar a formação de espaço morto, para não reduzir o volume efetivo da máquina
e, consequentemente, o tempo de residência das partículas;
Promover pequena turbulência na interface polpa-espuma, de forma a minimizar o
arraste das partículas hidrofílicas, e;
Oferecer condições adequadas à camada de espuma que permitam a drenagem
das partículas hidrofílicas e a limpeza do material flotado.
Existe uma grande variedade de equipamentos de flotação com diferentes
características. Os principais fatores a serem considerados na avaliação do
desempenho de um equipamento de flotação são:
34
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;
Coluna.
4.4.1 CÉLULAS MECÂNICAS
As células mecânicas (figura 6)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.
35
Figura 6– Desenho esquemático das células mecânicas
Fonte: Francisco (2006)
4.4.2 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.
36
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.
4.4.3CÉLULAS PNEUMÁTICAS
As células pneumáticas (figura 7) 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.
Figura 7– Células Pneumáticas
Fonte: Francisco (2006)
FlotadoFlotado
Ar
37
5. METODOLOGIA
A amostra utilizada para execução dos testes foi obtida na usina de
beneficiamento, no underflow das deslamagens de finos e grossos. A descrição
sucinta das etapas do processo: após a extração do minério (mina a céu aberto), o
material é transportado, em caminhões com capacidade de 35 toneladas, por 15 km
até a usina. A primeira etapa da cominuição é a britagem primária e, após, a
britagem secundária em circuito fechado com peneira de tela de 2”, seu produto
(undersize) alimenta a pilha de homegeneização. Antes da moagem faz-se uma
classificação tipo escalpe, via úmida, para retirar os finos (- ½”) e o + ½” passa em
um separador magnético, em que o magnético alimenta o moinho de barras
juntamente com o – 1/2” e o não magnético é descartado. Os moinhos de bolas
funcionam em circuito fechado com a classificação (hidrociclones de 20”), cujo corte
é 20% em 150 #. Faz-se deslamagem em hicrociclones de 4” (circuito de grossos) e
hidrociclones de 50 mm (circuito de finos). Após as deslamagens faz-se os
condicionamentos, atrições, flotação de sílica, nova deslamagem, flotação dos
carbonatos, separação magnética, deslamagem condicionamento e flotação de
nióbio.
Os testes foram realizados em laboratório, de forma descontínua,
econsistiramnas etapas de escrubagem, deslamagem, flotação dos minerais
silicatados e flotação do pirocloro (Nb2O5).
Odispersante AG 300 a ser avaliado foi adicionado na etapa de escrubagem,
feito na própria cuba de flotação. As dosagens utilizadas nos testes foram: 88, 175,
281, 376 e 448 g/t para o material grosso; e 112, 212, 314 e 391 g/t para o material
fino.A porcentagem de sólidos usada foi de 60% e o tempo de agitação foi de 5
minutos, com 1200 RPM.
Após a escrubagem o material foi deslamado, em ciclones de 50 mm de
diâmetro, condicionado durante 5 minutos e flotado em célula mecânica (figura 8),
para a retirada dos minerais silicatados. Posteriormente foi feita a flotação de
pirocloro (figura 9). Durante o condicionamento opH da polpa foi controlado com
adição de hidróxido de sódio (NaOH).
38
Os produtos da flotação (concentrado e rejeito) foram secos,
homogeneizados, quarteados e pulverizados, em seguida levados a fusão para
analise química em Energia Dispersa por raios-X (EDX).
Figura8 - Célula de flotação utilizada para flotação de silicato.
Fonte: Autoria Própria
Figura 9 - Célula de flotação utilizada para flotação de nióbio.
Fonte: Autoria Própria
39
6.RESULTADOS E DISCUSSÃO
Os resultados dos ensaios de flotação com dispersanteestão mostrados na
tabela 1para grossos e na tabela 2 para os finos, onde se percebe que a melhor
atuação ocorreu nas partículas finas, onde os fenômenos de superfície se
apresentam com maior intensidade.
40
Tabela 1- Ensaios laboratoriais de flotação com dispersante
Fonte: Autoria Própria Tabela 2- Ensaios Laboratoriais de flotação com dispersante
Fonte: Autoria Própria
41
Pela tabela 1observa-se que, para a fração de grossos,na etapa de flotação
da sílica, houve uma redução no teor de Nb em todas as dosagens do dispersante
utilizado, com exceção da dosagem de dispersante de 281 g/t, que apresentou
resultado estatisticamente igual ao teste sem dispersante. Em todas as dosagens
houve um aumento no teor de SiO2. Isto evidencia uma melhora no processo, com
uma maior seletividade na flotação de sílica.
O mesmo comportamento foi observado na flotação da fração de finos (tabela
2) em que para todas as dosagens de dispersante houve uma diminuição no teor de
Nb e um aumento no teor de SiO2. Neste caso, a exceção foi para a dosagem de
212 g/t, que apresentou um teor de SiO2 menor que o teste padrão.
Na etapa de flotação de nióbio, com a adição do dispersante, houve uma
redução no teor de SiO2 (contaminante), tanto na fração de grossos quanto na de
finos.Estes resultados estão sintetizados na tabela 3 e nas figuras 10 e 11.
Tabela 3 – Teores de Nb2O5 e SiO2 na flotação de sílica e flotação de nióbio, com dispersante, para
as frações de grossos e finos.
DESCRIÇÃO
TEORES DOS CONCENTRADOS
FLOTAÇÃO DE SÍLICA
FLOTAÇÃO DE NIÓBIO
% Nb2O5 % SiO2 % Nb2O5 % SiO2
Flotação de Grossos
Teste Padrão 0,69 49,86 57,55 2,45
Teste com Dispersante(376 g/t)
0,38 54,23 57,18 1,49
Flotação de finos
Teste Padrão 1,32 48,71 61,17 1,18
Teste com Dispersante (112 g/t)
0,67 50,16 59,42 1,06
Fonte: Autoria Própria
42
Figura 10 – Teor de Sílica (SiO2) no concentrado do circuito de grossos
Fonte: Autoria Própria.
Figura 11 – Teor de Sílica (SiO2) no concentrado do circuito de Finos
Fonte: Autoria Própria
Os resultados obtidos, mostrados nas tabelas 1 e 2 e nas figuras 10 e 11,
apontam para uma influência positiva do dispersante AG 300 no resultado, tanto da
flotação de sílica quanto de nióbio. No concentrado final do material grosso, foi
detectado uma redução do contaminante sílica(SiO2), de 2,45%, com o teste padrão
(sem dispersante), para 1,49%, com a dosagem de 376 g/t de dispersante. Nos
2,45 2,45 2,45 2,45 2,45 2,45
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 88 175 281 376 448
Teor de SiO2
Linear (Teste Padrão)
Dispersante (g/t)
% SiO2
2,45 2,45 2,45 2,45 2,45
0
0,5
1
1,5
2
2,5
3
0 112 212 314 391
Teste Padrão
Teor de SiO2
dispersante g/t
% SiO2
43
finos, o mesmo contaminante reduziu de 1,18%, sem dispersante para 1,06%,
usando o AG 300 na dosagem de 212 g/t.
Outro resultado importante foi em relação ao ganho de massa no
concentrado final (rendimento), conforme a figura 12.
Figura 12 – Porcentagem de massa no concentrado do circuito de grossos
Fonte: Autoria Própria
A figura 12 mostra que o ganho em massa foi significativo para fração de
grossos, passando de 0,86% para 1,60% na dosagem de 281 g/t de
dispersante.Para a fração de finos foi de 0,58% para 1,09%.
0,86 0,86 0,86 0,86 0,86 0,86
0
0,2
0,4
0,6
0,8
1
1,2
1,4
1,6
1,8
0 88 175 281 376 448
% Massa
Linear (Teste Padrão)
Dispersante (g/t)
% Massa
44
7. CONCLUSÃO
Com a realização dos ensaios em escala laboratorial foi possível concluir que a
adição de dispersantes é de suma importância para o aumento da eficiência de
concentração de silicatos em flotação, mesmo que seja representado por valores
menores que 1% de dispersão, visto que é um dos principais contaminantes do
concentrado de pirocloro. O uso do dispersante AG 300 resultou num reflexo
positivo na flotação do minério pirocloro (nióbio), pelos seguintes aspectos:
1) Nos grossos houve um acréscimo 0,74% em massa e uma redução de 2,45%
para 1,49%.do contaminante no produto final (SiO2)
2) Nos finos houve um acréscimo de 0,51% em massa e uma redução do
contaminante SiO2de 1,18% para 1,06%.
Portanto, conclui-se que o uso do dispersante AG 300mostrou-se viável, o que
viabiliza um teste em escala industrial, havendo a possibilidade de ser utilizado no
processo industrial, melhorando a eficiência de operação da concentração de
pirocloro, e consequentemente aumentando a eficiência operacional.
45
8- REFERÊNCIAS
ARAÚJO, A. C. de.; PERES, A. E. C.; VIANA, P. R. M.; OLIVEIRA, J. F. de.
Flotação de Minérios de Ferro. In: Chaves, Arthur Pinto. Teoria e Prática do
Tratamento de Minérios – A Flotação no Brasil. vol. 4. São Paulo: Signus Editora.
2009. p. 355-367.
DELBONI JUNIOR, H. Cominuição. In: FERNANDES, Francisco R.C.LUZ, Adão B.,
MATOS, Gerson M.M., Castilhos, Zuleica Carmen. Tendências tecnológicas
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