UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MINERAL

DISSERTAO DE MESTRADO

SELETIVIDADE NA FLOTAO DE

MINRIOS FERRFEROS DOLOMTICOS

Autor: Jesrael Luciano Costa

Orientador: Jos Aurlio Medeiros da Luz

Ouro Preto MG

Agosto de 2009

ii

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO ESCOLA DE MINAS

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA MINERAL

SELETIVIDADE NA FLOTAO DE MINRIOS FERRFEROS DOLOMTICOS

Autor: Jesrael Luciano Costa

Orientador: Jos Aurlio Medeiros da Luz

Dissertao de mestrado apresentada ao Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mineral da Universidade Federal de Ouro Preto, como parte integrante dos requisitos para obteno do ttulo de Mestre em Engenharia Mineral. rea de Concentrao: Tratamento de Minrios.

Agosto de 2009

iii

Aos meus pais Carlos e Maria Helena

iv

AGRADECIMENTOS

Agradeo a Deus;

Aos meus pais pelo exemplo;

Aos amigos pela motivao;

A Rosngela pela compreenso;

Ao professor e amigo Jos Aurlio Medeiros da Luz pela orientao, confiana e

considerao;

Ao acadmico Gabriel Loureno Teixeira, pela ajuda no desenvolvimento do trabalho

experimental;

Aos funcionrios do laboratrio de tratamento do DEMIN/UFOP pela ateno;

Aos professores do programa de ps Graduao em Engenharia Mineral da UFOP pelos

ensinamentos;

A todos que de alguma maneira contriburam para o meu crescimento profissional e

principalmente pessoal.

v

SUMRIO

1. INTRODUO ............................................................................................................. 1

2. OBJETIVOS E RELEVNCIA DO TRABALHO ...................................................... 2

3. REVISO BIBLIOGRFICA ...................................................................................... 3

3.1.Geologia ............................................................................................................. 3

3.2. Processamento do Minrio de Ferro ................................................................. 5

4. METODOLOGIA ........................................................................................................ 43

4.1. Reagentes e Aparelhagem Utilizados ............................................................. 44

4.2. Minerais: Obteno e Preparo ......................................................................... 49

4.3. Caracterizao Qumica .................................................................................. 54

4.4. Procedimentos Experimentais Utilizados na Microflotao ........................... 55

4.5. Planejamento dos Testes de Microflotao .................................................... 57

5. RESULTADOS E DISCUSSO ................................................................................. 60

5.1. Microflotao de Quartzo sem Depressor....................................................... 60

5.2. Microflotao de Hematita sem Depressor ..................................................... 64

5.3. Microflotao de Dolomita sem Depressor .................................................... 69

5.4. Microflotao de Magnetita sem Depressor ................................................... 73

5.5. Microflotao de Quartzo com Depressor ...................................................... 74

5.6. Microflotao de Hematita com Depressor .................................................... 81

5.7. Microflotao de Dolomita com Depressor .................................................... 87

5.8. Microflotao de Magnetita com Depressor ................................................... 94

5.9. Microflotao de Quartzo em Sobrenadante de ons de Dolomita ................. 96

5.10. Microflotao de Hematita em Sobrenadante de ons de Dolomita ............. 99

6. CONCLUSO ........................................................................................................... 103

7. SUGESTES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................................... 104

vi

8. REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................... 105

9. ADENDO ................................................................................................................... 114

vii

LISTA DE FIGURAS

Figura 3.1 Curva de partio tpica de um hidrociclone (Luz, 2009). .................. 9

Figura 3.2 Lascas (destacadas por atrio manual) de especularita proveniente da mina

da Gerdau em Miguel Bournier (MG). Os traos da escala referem-se a milmetros. 14

Figura 3.3 - Amostra tpica de minrio magnettico frivel proveniente da regio de

Sabinpolis, MG. Os traos da escala referem-se a milmetros. ........................... 15

Figura 3.4 - Jigue Remer-WEMCO (Fonte: Flsmidth, s.d.) .................................. 17

Figura 3.5 - Jigue centrfugo Kelsey (globalmakina, s.d) ...................................... 18

Figura 3.6 Concentrador helicoidal Humphreys , ilustrando a segregao por espcie e

por tamanho de partculas liberadas de itabirito; montagem do laborartrio de tratamento

de minrios do Demin/Ufop. ................................................................................. 19

Figura 3.7 - Esquema do zoneamento da polpa em concentrador helicoidal Humphrey

(Hearn, 2003.) ........................................................................................................ 19

Figura 3.8 - Mesa oscilatria concentradora (Pavez, s.d) ...................................... 20

Figura 3.9 - Influncia do comprimento da cadeia de lcool na flotao (Silva, 2004). 24

Figura 3.10 Diagrama de distribuio de espcies em funo do pH. A concentrao

total de oleato 3*10-5 M (1976). .......................................................................... 30

Figura 3.11 Potencial zeta de calcita (1), apatita (3) e dolomita (2). (Luz, 1986).32

Figura 3.12Influncia do pH na flotabilidade do quartzo e hematita com sulfonato em

gua destilada (Campos e Luz, 2007). ................................................................... 34

Figura 3.13 - Influncia do pH na flotabilidade do quartzo e hematita com sulfonato

(Campos e Luz, 2007). ........................................................................................... 34

Figura 3.14 Influncia do pH na flotabilidade do quartzo e hematita com oleato de

sdio (Campos e Luz, 2007). ................................................................................. 35

viii

Figura 3.15 Influncia do pH na flotabilidade do quartzo e hematita com amina

(Campos e Luz, 2007). ........................................................................................... 35

Figura 3.16 - Flotabilidade da hematita em funo do pH e da concentrao de acetato de

eteramina (Lima, 1997; Lima e Brando, 1999). ................................................... 36

Figura 3.17 - Estrutura dos coletores aninicos utilizados na flotao de minerais

oxidados (Pearse, 2004). ........................................................................................ 37

Figura 3.18 - Estrutura do tanino utilizada na flotao de minerais oxidados ((extrado de

http://www.chinaphar.com/1671-4083/25/figs/5091f1.jpg).). ............................... 38

Figura 3.19 - Estrutura da dextrina utilizada na flotao de minerais oxidados (extrado

de http://pt.wikipedia.org/wiki/Dextrina ) ............................................................. 39

Figura 3.20 - Estrutura do silicato de sdio utilizado na flotao de minerais oxidados

(extrado de http://pt.wikipedia.org/wiki/Silicato_de_s%C3%B3dio ) ................. 40

Figura 4.1 Fluxograma do planejamento dos ensaios de microflotao. ............ 43

Figura 4.2 - Esquema em perspectiva e dimensional da clula de Fuerstenau. (Fonte: Luz,

1996). ..................................................................................................................... 47

Figura 4.3 - Clula de Fuerstenau em fase de condicionamento na microflotao de

hematita. ................................................................................................................. 48

Figura 4.4 - Clula de Fuerstenau em fase de aerao na microflotao de magnetita. 48

Figura 4.5 Amostra tpica de minrio magnettico frivel mostrando o aspecto

sacaroidal dos grnulos de magnetita (regio de Sabinpolis, MG) ...................... 49

Figura 4.6 Planejamento de ensaios de suplementao usando magnetita ......... 59

Figura 5.1 - Flotabilidade do quartzo por oleato de sdio em funo do pH. ....... 61

Figura 5.2 - Flotabilidade do quartzo por amina em funo do pH. ...................... 62

Figura 5.3 - Flotabilidade do quartzo por leo de babau em funo do pH. ........ 63

Figura 5.4 - Flotabilidade do quartzo por oleato e amina em funo do pH. ........ 64

Figura 5.5 - Flotabilidade da hematita por oleato de sdio em funo do pH. ...... 65

ix

Figura 5.6 - Flotabilidade da hematita por amina em funo do pH. .................... 66

Figura 5.7 - Flotabilidade da hematita por leo de babau em funo do pH. ...... 67

Figura 5.8 - Flotabilidade da hematita por oleato e amina em funo do pH. ....... 68

Figura 5.9 - Flotabilidade da dolomita por oleato em funo do pH. .................... 70

Figura 5.10 - Flotabilidade da dolomita por amina em funo do pH. .................. 71

Figura 5.11 - Flotabilidade da dolomita por leo de babau em funo do pH. .... 72

Figura 5.12 - Flotabilidade da dolomita por oleato e amina em funo do pH. .... 73

Figura 5.13 - Flotabilidade da magnetita por oleato em funo do pH. ................ 74

Figura 5.14 - Flotabilidade do quartzo por oleato e dextrina em funo do pH. ... 75

Figura 5.15 - Flotabilidade do quartzo por dextrina e amina em funo do pH. ... 76

Figura 5.16 - Flotabilidade do quartzo por oleato e silicato em funo do pH. .... 77

Figura 5.17 - Flotabilidade do quartzo por silicato e amina em funo do pH...... 78

Figura 5.18 - Flotabilidade do quartzo por tanino e amina em funo do pH. ...... 79

Figura 5.19 - Flotabilidade do quartzo por oleato e tanino em funo do pH. ...... 80

Figura 5.20 - Flotabilidade da hematita por oleato e dextrina em funo do pH. . 82

Figura 5.21 - Flotabilidade da hematita por dextrina e amina em funo do pH. . 83

Figura 5.22 - Flotabilidade da hematita por oleato e silicato em funo do pH. ... 84

Figura 5.23 - Flotabilidade da hematita por silicato e amina em funo do pH. ... 85

Figura 5.24 - Flotabilidade da hematita por tanino e amina em funo do pH...... 86

Figura 5.25 - Flotabilidade da hematita por tanino e oleato em funo do pH...... 87

Figura 5.26 - Flotabilidade da dolomita por oleato e dextrina em funo do pH. . 88

Figura 5.27 - Flotabilidade da dolomita por dextrina e amina em funo do pH. . 89

Figura 5.28 - Flotabilidade da dolomita por oleato e silicato em funo do pH. .. 90

Figura 5.29 - Flotabilidade da dolomita por silicato e amina em funo do pH.... 91

x

Figura 5.30 - Flotabilidade da dolomita por tanino e amina em funo do pH. .... 92

Figura 5.31 - Flotabilidade da dolomita por tanino e oleato em funo do pH. .... 93

Figura 5.32 - Flotabilidade da magnetita por oleato e dextrina em funo do pH. 94

Figura 5.33 - Flotabilidade da magnetita por oleato e tanino em funo do pH. .. 95

Figura 5.34 - Flotabilidade do quartzo em gua e em sobrenadante de ons de dolomita

com oleato. ............................................................................................................. 97

Figura 5.35 - Flotabilidade do quartzo em gua e em sobrenadante de ons de dolomita

com amina. ............................................................................................................. 98

Figura 5.36 - Flotabilidade do quartzo em gua e em sobrenadante de ons de dolomita

com leo de babau. ............................................................................................... 99

Figura 5.37 - Flotabilidade da hematita em gua e em sobrenadante de ons de dolomita

com oleato. ........................................................................................................... 100

Figura 5.38 - Flotabilidade da hematita em gua e em sobrenadante de ons de dolomita

com amina. ........................................................................................................... 101

Figura 5.39 - Flotabilidade da hematita em gua e em sobrenadante de ons de dolomita

com leo de babau.. ............................................................................................ 102

xi

LISTA DE TABELAS

Tabela 3.1 - Coluna estratigrfica do Quadriltero Ferrfero (modificada de Dorr, 1969).

................................................................................................................................. 5

Tabela 3.2: Significado do critrio de concentrao(CC) ...................................... 12

Tabela 3.3 - Reaes complementares de equilbrio para o sistema dolomita/gua/ CO2 .

............................................................................................................................... 31

Tabela 4.1 Concentrao de elementos trao do quartzo e da dolomita ............. 54

Tabela 4.2 Concentrao de elementos trao da magnetita e da hematita .......... 54

Tabela 4.3 Concentrao de elementos majoritrios da magnetita e hematita ... 54

Tabela 4.4 Planejamento dos ensaios preliminares............................................. 58

Tabela 4.5 Planejamento da fase de detalhamento ............................................. 59

Figura 4.6 Planejamento de ensaios de suplementao usando magnetita ......... 59

xii

RESUMO

Este trabalho teve como objetivo determinar as melhores condies de flotao seletiva na

separao entre minerais portadores de ferro e silicato em presena de carbonatos, em

especial de dolomita. Para tanto foram feitos ensaios de microflotao em clula de

Fuerstenau, usando para isso amostras de hematita, quartzo e dolomita. Os seguintes

coletores foram estudados: oleato de sdio, ter-monoamina e leo de babau saponificado.

Tanino, dextrina e silicato de sdio foram usados como depressores. Estudou-se o

comportamento das amostras minerais em interao com os devidos reagentes e com ons

oriundos da dissoluo prvia de carbonatos. A justificativa para este trabalho, insere-se no

contexto atual da forte demanda por minrios de ferro, sendo que alguns dos jazimentos

conhecidos no so lavrados, at o presente, por serem contaminados por minerais

carbonticos. Espera-se, com este estudo, subsidiar o desenvolvimento de rotas de processo

para minrios ferrferos carbonatados, respeitados os requisitos tcnicos e econmicos para

a implementao de empreendimento industrial, visando o seu aproveitamento.

xiii

ABSTRACT

This work studied the best conditions for selective flotation in the iron-bearing minerals,

quartz and dolomite system. Samples of hematite, quartz and dolomite were studied using a

Fuerstenaus microflotation cell. The following collectors have been studied: sodium

oleate, ether-monoamine and saponified babassu seed oil. Tannin, dextrin and sodium

silicate had been used as depressors. The minerals interaction with the reactants and ions

from previous carbonate dissolution was studied. The justification for this work was the

present strong demand for iron ores. Some of known big orebody are not mined nowadays

because being contaminated by carbonatic gangue. One expects, with this study, to

contribute to the development of future processing routes for carbonatic iron ores

1

1. INTRODUO

Flotao vem sendo um dos processos de concentrao de minrios mais utilizados na

indstria mineral e tem tornado possvel o aproveitamento de minrios complexos e/ou com

baixo teor, de forma econmica e com rendimentos satisfatrios.

Tem-se observado grande aumento na demanda por minrios de ferro como itabirito. O

grande problema que em alguns dos jazimentos existentes os minerais de ferro esto

associados a carbonatos, em especial a dolomita, o que acaba gerando um problema de

contaminao.

Dessa forma o presente estudo vem sugerir condies mais promissoras para o

desenvolvimento de rotas de processo para minrios ferrferos carbonatados, com a

inteno bsica de aperfeioar os processos industriais no tratamento e beneficiamento

mineral, respeitados os requisitos tcnicos e econmicos para a implementao de

empreendimento industrial visando a seu aproveitamento.

2

2. OBJETIVOS E RELEVNCIA DO TRABALHO

Este trabalho pretende estabelecer as condies mais promissoras para flotao seletiva

entre minerais portadores de ferro e silicatos em presena de carbonatos, em especial de

dolomita.

Para tanto, foram feitos ensaios de microflotao em clula de Fuerstenau, usando para isso

amostras de hematita, quartzo e dolomita e como reagentes foram utilizados: oleato de

sdio, ter-monoamina, leo de babau saponificado, tanino, dextrina e silicato de sdio.

Buscou-se desta forma estudar o comportamento das amostras minerais em interao com

os devidos reagentes e at mesmo com ons oriundos da dissoluo de carbonatos.

A justificativa para este trabalho, insere-se no contexto atual da forte demanda por minrios

de ferro, sendo que alguns dos jazimentos conhecidos (ou parte deles) no so lavrados, at

o presente, por serem contaminados por minerais carbonticos.

O trabalho ser de importncia acadmica, pois apresenta a caracterizao tecnolgica das

amostras minerais. Alm de possuir aplicabilidade prtica, uma vez que todos os

procedimentos operacionais e os esquemas de reagentes utilizados no decorrer dos

trabalhos so baseados em dados reais de um circuito de concentrao em operao.

Espera-se, com este estudo, subsidiar o desenvolvimento de rotas de processo para minrios

ferrferos carbonatados, respeitados os requisitos tcnicos e econmicos para a

implementao de empreendimento industrial visando a seu aproveitamento.

3

3. REVISO BIBLIOGRFICA

Neste captulo apresentada uma breve reviso da geologia dos minrios utilizados nos

ensaios em questo, alm da apresentao das etapas de processamento dos minrios

envolvidos ao longo do trabalho.

3.1.Geologia

Segundo Marshak & Alkmim (1989), o Supergrupo Minas uma sequncia de rochas

metassedimentares com pequena contribuio vulcnica, composto de quartzito, quartzo-

mica-xistos, metaconglomerados, filitos, formaes ferrferas bandadas do tipo Lago

Superior e rochas carbonticas.

Dorr (1969) subdividiu o Supergrupo Minas nos seguintes grupos: Tamandu, Caraa,

Itabira, Piracicaba e Itacolomi.

Segundo Silva e colaboradores (1995), o Grupo Itabira compreende metassedimentos

representados por formaes ferrferas do tipo itabirito e por dolomitos, intercalados s

vezes por filitos, podendo atingir uma espessura de 1000 metros, mas geralmente no

ultrapassando 200 metros.

O Grupo Itabira dividido em duas formaes:

Formao Cau: representada em grande parte por uma formao ferrfera do tipo lago

superior e subordinadamente por itabiritos dolomticos e anfibolticos com pequenas lentes

de filitos e margas e alguns horizontes manganesferos (Dorr, 1969). Segundo Inda (1984),

o itabirito composto por leitos estratificados de quartzo sacaroide e hematita.

4

Formao Gandarela: constituda por camadas de rochas carbonticas representadas

principalmente por dolomitos e subordinadamente por itabiritos, filitos dolomticos e filitos

(Dorr, 1969).

3.1.1. Itabirito dolomtico

Segundo Spier (2005), no itabirito dolomtico alternam-se bandas ricas em hematita com

bandas ricas em dolomita. Dolomita, quartzo e hematita so os principais constituintes

mineralgicos, ocorrendo clorita, sericita, talco e apatita como minerais acessrios. A

composio qumica dos itabiritos muito simples. Fe2O3, CaO, MgO e PF so os

principais componentes do itabirito dolomtico e Fe2O3 e SiO2 do quartzo itabirito.

O grupo Cau considerado economicamente o mais importante, por possuir grandes

depsitos de ferro e por oferecer ampla distribuio no Quadriltero Ferrfero. Caracteriza-

se pelos seguintes litotipos: itabirito, itabirito dolomtico e itabirito anfiboltico.

A tabela 3.1 apresenta a coluna estratigrfica do Quadriltero Ferrfero (modificada de

Dorr, 1969) com suas devidas litologias, destacando a formao cau composta por

itabiritos e itabiritos dolomticos.

5

Tabela 3.1 - Coluna estratigrfica do Quadriltero Ferrfero (modificada de Dorr,

1969).

3.2. Processamento do Minrio de Ferro

A forma como deve ser processado um minrio de ferro depender de suas caractersticas

fsico-qumicas, das especificaes do produto e de fatores econmicos. Para se

conhecerem as caractersticas dos minrios faz-se necessrio, primeiramente, submeter os

mesmos a anlise da distribuio granulomtrica tal-qual e aps operaes de cominuio

(quando se deseja usualmente atingir grau de liberao adequado e adequao a processos

subsequentes)

6

O processamento de minrios com alto teor de ferro ocorre tipicamente usando-se circuitos

simplificados, em geral restritos s seguintes operaes unitrias: fragmentao com

britadores estagiados, classificao granulomtrica por peneiramento e/ou classificadores,

associados ao desaguamento em hidrociclones, o qual tem o intuito de remover as lamas

argilosas. J para minrios com teores baixos usualmente faz-se necessria operaes de

concentrao para atender s especificaes de qualidade impostas pelo processo ou pelo

mercado. Essas operaes de concentrao comumente so: separao densitria,

magntica e flotao.

Partindo de Luz e colaboradores (2004), pode-se dizer que as operaes unitrias usuais de

beneficiamento de minrios so assim classificadas: cominuio: britagem e moagem;

peneiramento (separao por tamanhos) e classificao (hidrociclonagem, e classificao

em classificadores hidrulicos ou mecnicos); concentrao: gravtica ou densitria,

magntica, eletrosttica, concentrao por flotao; Desaguamento: hidrociclonagem,

espessamento, filtragem; secagem: em geral com secador rotativo, secador de borrifos,

secador de ps revolventes, ou secador de leito fluidizado; e finalmente as operaes

auxiliares de disposio final de rejeito e de adequao para despacho dos concentrados.

Classicamente, alm da recuperao metalrgica e da razo de enriquecimento, tem sido

usado o ndice de seletividade de Gaudin (1957), com o intuito de avaliar o desempenho de

operaes de concentrao. Este ndice expresso por:

Onde:

(1 ). .

(1 )gangautil

ganga util

RRI S

R R

=

Rutli recuperao de til no concentrado [-];

Rgangai recuperao de ganga no concentrado [-];

7

3.2.1 Concentrao de minrio de ferro por mtodos fsicos

O beneficiamento de minrios de ferro brasileiros que contm slica, como os itabiritos e

(em menor monta) jaspelitos e magnetititos, vem sendo realizado usualmente com a

utilizao do processo de separao fsica, como jigagem, separao em concentradores

helicoidais (as impropriamente ditas espirais), separao magntica de alta intensidade (e

de alto gradiente de campo), e flotao.

Segundo Tovar e colaboradores (1988) e Iwasaki (1989), a opo pela utilizao de um

determinado processo de concentrao de minrio de ferro est intimamente ligada a alguns

fatores como teor da alimentao, malha de liberao, mineralogia, controle do teor do

concentrado e fatores econmicos.

3.2.1.1. Classificao

Segundo Chaves e colaboradores (1996), classificao corresponde separao de uma

populao de partculas em duas sendo uma com grande proporo de partculas maiores e

a outra de partculas proporcionalmente menores. Durante muito tempo a classificao foi

realizada por intermdio de classificadores, posteriormente sendo substitudos por

hidrociclones ou simplesmente ciclones (Masini et al, 1980). Os hidrociclones como

equipamentos que apresentam como funo fundamental a classificao de partculas, so

influenciados pelo tamanho, da densidade e do formato das partculas (Svarovsky, 1984).

A distribuio de tamanho de partculas uma das variveis mais importantes no

tratamento de minrios, uma vez que liberao dos minerais de interesse econmico de sua

ganga funo do tamanho, alm deste papel fundamentalmente importante, a classificao

de minrios de ferros pode apresentar efeito de concentrao, decorrncia das acentuadas

diferenas usualmente ocorridas entre o mineral-minrio e a ganga, seja em termos de

8

granulao, seja em termos de massa especfica, influenciando positivamente a eficincia

da maioria dos processos de concentrao.

Tipicamente a aplicao para o hidrociclone nesta fase do processo est relacionada

deslamagem, onde as partculas mais finas so eliminadas, sendo normalmente necessrias

para os processos de separao magntica a mido, sobretudo na faixa granulomtrica entre

0,850 e 0,002 mm (Trawinski, 1976; Chaves, 1996).

O dimensionamento do ciclone influencia fortemente no desempenho dos circuitos de

cominuio, determinando as cargas re-circulantes, capacidade do circuito e eventualmente,

o tamanho final do produto (Napier-Munn e colaboradores, 1996).

A classificao e, naturalmente, a deslamagem so sempre feitas a mido e para esta

operao, o equipamento usualmente utilizado o ciclone. A polpa formada injetada sob

presso no equipamento, atravs da injeo localizada na parte superior da cmara

cilndrica onde a polpa agitada por um movimento de rotao que atravs da acelerao

centrfuga lana as partculas mais grossas em direo s paredes do ciclone que so

descarregadas na abertura inferior do pex, formando o underflow (Svarovsky, 1984). J as

partculas menores (principalmente as de menor densidade) e grande parte da gua so

conduzidas para o centro e so arrastadas para o tubo ligado ao orifcio superior

denominado captor de vrtex (vortex finder) formando o overflow.

Uma viso diagnstica do processo de classificao pode ser obtida pela chamada curva de

partio. Convencionalmente tem sido adotada a partio para o underflow. A partio

global de slidos para o underflow a vazo mssica de slidos do underflow dividida pela

vazo mssica de slidos na alimentao. A partio por classe o conceito anlogo,

considerando-se cada classe granulometricamente individualmente.

9

Assim a curva de partio (figura 3.1) mostra, classe a classe, qual a frao da alimentao

que se reporta ao underflow. O eixo abscissas registra o tamanho mdio da classe

granulomtrica e o das ordenadas registra a partio referente quele tamanho.

Pelo fato de o fluxo do underflow ter quantidade aprecivel de fluido, parcela das partculas

alimentadas reporta-se a esse fluxo, carreada fluidodinamicamente pelo lquido e no pelos

mecanismos efetivos de fracionamento granulomtrico do classificador. Esse fenmeno

chamado de perpasso, curto-circuito ou bypass.

Na realidade, uma proporo bem menor do material pode se direcionar erroneamente para

o fluxo de finos (overflow), por apreenso mecnica ou arraste. Esse fenmeno chamado

de curto-circuito de grosso, mas em geral negligvel.

Assim, a curva de partio real no atinge a ordenada zero para tamanho zero. O dimetro

de equipartio, ou seja: o dimetro de partcula para o qual 50 % dessa classe se reportam

ao underflow, referido como d50.

Curva de Partio

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

10 100 1000 10000Tamanho de partcula [m]

Rec

uper

a

o pa

ra o

"un

der

flow

" [%

]

Partio real

Partio expurgada

Figura 3.1 Curva de partio tpica de um hidrociclone (Luz, 2009).

10

As famlias clssicas dos hidrociclones so a Rietema, Bradley, Mosley, Warman, Hi-

Klone, RW 2515 e Demco (Svarovsky, 1984).

Souza (1999) mostrou que a incluso de um meio filtrante na regio cnica de um

hidrociclone de Bradley, deriva em vantagens no mtodo de separao slido-lquido,

destacando o surgimento de uma corrente de underflow mais concentrada, maiores vazes

de alimentao a uma mesma queda de presso e principalmente menores nmeros de

Euler, o que ocasiona menor consumo de energia.

Barrozo e colaboradores (1998) j haviam apontado que um hidrociclone filtrante

pertencente famlia Bradley oferecia, em condies similares operao do equipamento

convencional, acrscimos na vazo de alimentao e decrscimos nos nmeros de Euler.

Kawatra e colaboradores (2002) fizeram uma modelagem em hidrociclone em circuito de

moagem para o estudo de otimizao da distribuio granulomtrica do produto, de modo

que o material excessivamente fino produzido fosse reduzido melhorando, desta forma, a

eficincia energtica das operaes de britagem e moagem (cominuio).

Donskoi e colaboradores (2008) desenvolveram uma nova tcnica de modelagem

simulando o desempenho do hidrociclone, em que cada frao de tamanho do minrio

alimentado classificada com base no tipo de textura do minrio. Esta nova abordagem

permite a previso da recuperao de cada mineral e o tipo de textura dos produtos, o

clculo do teor de ferro e de recuperao, bem como a otimizao do desempenho de um

hidrociclone para um dado minrio.

Em que pese ser operao de fracionamento granulomtrico, a classificao de minrios de

ferro (j com o adequado grau de liberao) pode apresentar efeito de concentrao,

decorrncia das acentuadas diferenas usualmente ocorrentes entre o mineral-minrio e a

ganga, seja em termos de granulao, seja em termos de massa especfica. Por exemplo, um

emprego do separador hidrulico (Floatex) foi relatado por Hearn (2003), sendo este

11

equipamento utilizado para concentrao de minrio indiano de ferro abaixo de 1 mm,

produzindo um "underflow" com teor de slica abaixo de 1%. Estudo similar foi realizado

por Lima e colaboradores (2006) permitindo a verificao da concentrao de minrio

itabirito usando o classificador hidrulico de fluxo transversal crossflow, onde ficou

demonstrada a sua eficincia para a concentrao da frao granulomtrica compreendida

entre 0,15 e 1 mm.

3.2.1.2. Concentrao densitria ou gravtica

No Quadriltero Ferrfero, a concentrao densitria usualmente feita com a utilizao do

jigue e do concentrador helicoidal.

Segundo Luz e colaboradores (2008), uma forma de avaliar a aplicabilidade de mtodos

densitrios ou gravticos leva em conta o valor favorvel do chamado critrio de

concentrao (CC), o qual em primeira aproximao fornece uma idia da facilidade de

se obter separao entre minerais, desconsiderando o fator de forma das partculas minerais.

O critrio de concentrao originalmente sugerido por Taggart, e modificado por Burton,

com base na experincia industrial, definido como se segue (Sampaio e Tavares, 2005):

( )( ) )(

)(

)(

)(

)(

)(

+

+

=

f

fCC

f

f

Onde:

(+) massa especfica do material mais denso (pesado) [kg/m3];

(-) massa especfica do material menos denso (leve) [kg/m3];

f massa especfica do fluido de trabalho [kg/m3];

f(+) correo morfolgica da velocidade terminal do pesado [-];

f(-) correo morfolgica da velocidade terminal do leve [-].

12

A tabela a seguir mostra a relao entre o critrio de concentrao e a facilidade de se fazer

separao gravtica em escala industrial.

Tabela 3.2: Significado do critrio de concentrao (CC)

Recentemente Luz (2009) sistematizou as equaes de correo de velocidade de

sedimentao em funo da morfologia das partculas e de sua concentrao volumtrica.

Os pargrafos que se seguem resumem o formalismo estudado.

As equaes para determinao das velocidades terminais para partculas no esfricas

devem ser afetadas de coeficiente de correo morfolgica (tambm multiplicativo), o qual

no foi quantificado com rigor at o presente. As mais correes usualmente empregadas

so os coeficientes (f()) baseados na esfericidade, como aqueles devidos a Pettyjohn e

Christiansen (Almendra, 1979; Geldart, 1990).

No regime de Stokes:

( )

=

065,0log843,0

Sf

No regime de Newton:

( )

=88,431,5

43,0Nf

C C SIGNIFICADO

> 2,5 Separao eficiente at 0,074 mm.

2,5 1,75 Separao eficiente at 0,15 mm.

1,75 1,50 Separao possvel at 1,7 mm, porm difcil.

1,50 1,20 Separao possvel at 6,35 mm, porm difcil.

13

No regime transicional:

( ) ( ) ( )[ ] ( )NNStran ffff +

=2,01000

Re1000

Note-se, que para o regime transicional ou intermedirio, adotou-se a interpolao linear

proposta por Geldart (Arsenijevic e colaboradores, 1999).

A esfericidade, , a razo entre a rea superficial de uma esfera de volume equivalente ao

da partcula e a rea superficial da partcula. Isto : a esfericidade da partcula dada por:

2

3 3(6 )rea da esfera de mesmo volumerea superficial da partcula

p

p

V

A

= =

Para efeito de ilustrao, uma esfera tem esfericidade igual a 1,00 e um cubo, a esfericidade

de 0,806.

A ttulo de exemplificao, considere-se o clculo do critrio de concentrao em sistema

hematita/quartzo, adotando duas instncias em que haja diferentes morfologias para o

mineral-minrio. No primeiro caso, te-se-ia minrio com quartzo e especularita. Uma

amostra tpica de especularita (figura 3.2) possui hbito placoidal (se apresenta em finas

placas) e massa especfica de 5.100 kg/m3. J no segundo caso hipottico, o mineral-

minrio seria martita (hematita pseudomrfica de magnetita). A figura 3.3 apresenta outra

amostra tpica de martita, exibindo hbito granular (sacaroidal). Genericamente, o critrio

de concentrao de Taggart para o sistema quarzto/hematita igual a CC = 2,485,

sugerindo uma separao eficiente at 0,15 mm.

Adotando, no caso de minrio especulartico, partculas de especularita com rea mdia de

6 mm2 e espessura: 0,5 mm (compatvel com a figura correspondente), resulta critrio de

14

concentrao de Burton (levando em conta a morfologia) menor, igual a 1,415, sugerindo

possibilidade de separao (porm difcil) para partculas iguais ou superiores a 6,35 mm.

Ao passo que para o minrio marttico, com partculas de martita cuja rea total

compreende 12,56 mm2 (adotado a partir da anlise de imagem da figura 3.3) e seguindo o

mesmo procedimento, obtm-se CC = 1,729 significando uma possibilidade de separao

(porm difcil) para partculas iguais ou superiores a 1,7 mm.

Figura 3.2 Lascas (destacadas por atrio manual) de especularita proveniente da mina da

Gerdau em Miguel Bournier (MG). Os traos da escala referem-se a milmetros.

15

Figura 3.3 - Amostra tpica de minrio magnettico frivel proveniente da regio de

Sabinpolis, MG. Os traos da escala referem-se a milmetros.

A concentrao de minrios por jigagem conduzida pelas foras de separao produzidas

por correntes verticais geradas pelo movimento de pulsao da massa lquida quando esta

estimulada alternativamente em sentido ascendente e descendente. Depois de certo nmero

de ciclos observa-se a estratificao das partculas segundo as diferentes espcies minerais

(Sampaio e Tavares, 2005; Lins, 1998). Segundo Gaudin, a estratificao originada por

trs causas principais: queda retardada, acelerao diferencial no incio da queda e

consolidao intersticial no fim da queda.

O jigue um aparelho que obtm melhores resultados quando trata minrio de estreita faixa

granulomtrica. Ele geralmente utilizado para minrios entre 8 e 1 mm, com melhor

desempenho em fraes grossas.

Para Luz (2008), a abertura da tela do jigue comumente deve ser entre duas a trs vezes a

dimenso mxima das partculas do minrio, para jigues sem mecanismo de extrao de

denso retido (como, por exemplo, a assim chamada campnula de Moresnet). Como

dimenso mdia das partculas da camada de fundo (ragging), do prprio mineral denso

16

sendo concentrado ou de leito artificial, deve-se tomar aquela igual ao dobro da abertura da

tela. As condies do ciclo de jigagem devem ser ajustadas para cada caso, sempre

seguindo a diretriz de se adotar pulsos de amplitude pequena e com maior frequncia para

materiais de granulao fina sendo o contrrio vlido para grossos.

Uma varivel importante a gua de processo que introduzida na arca do jigue, sob a tela.

No deve haver alterao do fluxo dessa gua, pois perturba as condies de concentrao

no leito do jigue. recomendvel que as tubulaes de gua de arca para cada jigue, sejam

alimentadas por gravidade separadamente a partir de um reservatrio, com altura

manomtrica tpica de 5 m.

A partir de dados industriais disponveis na literatura (Kizevalter, citado por Steiner, 1996),

pode-se estimar (Luz, 2008), uma amplitude de jigagem esperada em funo do perodo:

618,106075,0 TA =

Onde: A amplitude de pulsao na cmara de pulsao [m];

T perodo de pulsao do jigue [s].

De posse dessa equao e da equao de velocidade mdia tima do pisto, podem-se

estabelecer os valores de freqncia e amplitude mais promissores para uma aplicao

especfica de jigagem convencional. Em geral, a purificao de lama grossa de aciaria pode

ser obtida com uso de jigues tipo Pan-american, mais adequados granulao fina. Outra

aplicao de jigagem na recuperao de resduos o seu uso com retomada de rejeitos de

bauxitos lavados, para retirada da slica, como atualmente o faz a Minerao Rio Pomba

(Grupo Cataguases).

Segundo Viana (2004), o equipamento de jigagem mais utilizado na concentrao de

minrios de ferro o jigue Remmer-Wemco que mostrada na figura a seguir:

17

Figura 3.4 - Jigue Remer-WEMCO (Fonte: Flsmidth, s.d.)

Das e colaboradores (2007) apresentaram estudo onde demonstra a eficcia da operao de

jigagem no beneficiamento de minrio de ferro de baixo teor nos depsitos da regio de

Orissa (ndia). Para tanto as amostras foram concentradas em laboratrio nos jigues Denver

e Harz. As variveis operacionais utilizadas para determinar a eficcia do

jigagem incluem tamanho de partcula, velocidade da gua e amplitude. Recuperao de

ferro e eficincia de separao foi avaliada pela determinao da mineralogia e

porcentagens de Fe no concentrado e rejeitos utilizando a tcnica de fluorescncia de raios-

X (FRX). O concentrado foi obtido quando o jigue operava a mdio esforo e tamanho de

partculas inferiores a 5 mm, tendo recuperao de 78,6 % de minrio de ferro e com o

63,7 % de ferro metlico no concentrado sendo considerados timos.

Um equipamento apresentado pela Roche Mining (2007) foi o Kelsey, cujo princpio de

funcionamento consiste, essencialmente, na combinao do mecanismo de pulsao dos

jigues com a aplicao da fora inercial (centrfuga), de forma parecida das centrfugas

convencionais (Geraghty, 2001). A ao centrfuga permite a recuperao de partculas

abaixo de 40 m (Silva, 1998). A figura a seguir apresenta o Jigue centrfugo Kelsey

modelo J200

18

Figura 3.5 - Jigue centrfugo Kelsey (globalmakina, s.d)

Segundo Viana (2004), os equipamentos mais utilizados na concentrao de minrios so

os concentradores espirais Akaflex, Carpco, MD, Humphrey, Mark 7 e AKW.

O concentrador helicoidal (erroneamente referida como espiral) constitudo de um canal

helicoidal de seo transversal semi-circular (figura 3.6). A espiral ao ser alimentada, tem a

velocidade da polpa variando de zero na superfcie do canal at um valor mximo em sua

interface com o ar, devido ao escoamento laminar. Ocorre tambm uma estratificao no

plano vertical. Como resultado os minerais mais densos estratificam-se na superfcie do

canal, com baixa velocidade, e os minerais menos densos estratifiquem na parte superior do

fluxo, nas regies de maiores velocidades (figura 3.7).

19

Figura 3.6 Concentrador helicoidal Humphreys , ilustrando a segregao por espcie e

por tamanho de partculas liberadas de itabirito; montagem do laboratrio de tratamento de

minrios do Demin/Ufop.

Figura 3.7 - Esquema do zoneamento da polpa em concentrador helicoidal Humphrey

(Hearn, 2003.)

20

O concentrador helicoidal Humphrey produzido basicamente em dois modelos, sendo um

com 5 voltas e o outro com 3 voltas. O Mark 7, desenvolvido recentemente na Austrlia,

apresenta as seguintes diferenas em relao aos de Humphrey: separao de concentrado

no final da ltima espira, ausncia de gua de lavagem e diferena de perfil.

As mesas vibratrias so equipamento de concentrao agindo atravs pelcula fluente com

movimento acelerado assimtrico (com o chamado mecanismo de volta rpida), muitas

vezes combinado com o princpio de escoamento laminar. A mesa Wilfley (figura 3.8) foi

lanada em 1895 o principal modelo de mesa vibradora.

Figura 3.8 - Mesa oscilatria concentradora (Pavez, s.d)

Embora a mesa oscilatria (cujo paradigma a mesa de Wilfley) tenha como desvantagem

seus requisitos de layout e a baixa capacidade unitria, o equipamento de concentrao

densitria que, classicamente, tido como aquele com o melhor desempenho metalrgico

21

com finos. Como regra geral, o processamento conjunto de partculas finas e grossas no

deve ser implementado na concentrao gravtica, pois, nesse caso, ter-se- sacrifcio da

seletividade.

A capacidade (em tonelada de slidos por hora) de uma mesa oscilatria (tipo Wilfley),

trabalhando em operao de desbaste, pode estimar-se pela equao Razumov (1985), a

qual :

6,0

min 11

1,0

=

+

dd

dAdQ ps

Onde: dmin a densidade mdia do minrio [-];

d+ a densidade do mineral mais denso [-];

d- densidade do mineral menos denso [-];

A a rea efetiva da mesa [m2];

dp o dimetro mdio do minrio [mm].

Para mesas limpadoras a capacidade, segundo Razumov (1985), fica de 70 % a 80 %

daquela obtida pela equao anterior (para mesas de desbaste).

3.2.1.3.Separao magntica

Com base na propriedade de susceptibilidade magntica os minerais so classificados em

duas categorias: aqueles que so atrados pelo campo magntico e os que so repelidos por

ele. Desta forma podem-se destacar as seguintes classes:

22

Minerais ferromagnticos: abrangem aqueles que apresentam uma alta

susceptibilidade s foras magnticas e por reter o magnetismo quando afastados de

um campo magntico.

Minerais paramagnticos: so aqueles que, sob a ao de um campo magntico,

tendem a se alinhar com as linhas de fora sendo atradas para os pontos de maior

intensidade deste campo.

Minerais somente diamagnticos: so aqueles que so repelidos ao longo das linhas

de fora magntica para o ponto onde a intensidade deste campo menor.

A ttulo de completude de anlise, cumpre ressaltar que a terceira classe foi rotulada como

somente diamagnticos porque toda a matria , na verdade, diamagntica, j que o

diamagnetismo a decorrncia natural da lei de Lenz, no campo da eletrodinmica. O fato

de haver desemparelhamento de spins eletrnicos em orbitais atmicos associados a

estruturas adequadas (como por exemplo, nos espinlios como o caso da magnetita)

que leva ao surgimento do paramagnetismo (e em caso extremo, do ferromagnetismo). A

intensidade do paramagnetismo (e com mais razo a do ferromagnetismo) muito maior

que o efeito puramente diamagntico (proporcionalmente muito dbil), o que leva ao

mascaramento do diamagnetismo nas substncias paramagnticas e ferromagnticas. Veja-

se, a esse respeito, Barrow (1996).

Separao magntica de alta intensidade tem sido aplicada na concentrao de minrios de

ferro, devido diferena de susceptibilidade magntica entre os minerais em estudo

(hematita, quartzo e dolomita), possibilitando a separao destas fases minerais. Partculas

de hematita ou partculas com grandes quantidades de hematita na sua composio podem

ser atradas pela presena de um campo magntico, enquanto as partculas de quartzo

liberadas so direcionadas para o rejeito.

23

O valor da susceptibilidade magntica de um mineral pode variar bastante. Segundo Hunt e

colaboradores. (1995), a susceptibilidade magntica da hematita varia entre 500 x 10-6 e

40.000 x 10-6, ao passo que o quartzo possui susceptibilidade magntica variando entre

3 x 10-6 e 17 x 10-6.

Separao magntica de baixa intensidade tambm se baseia na diferena de

susceptibilidade magntica entre a magnetita e outros minerais de ganga, possibilitando a

separao destas fases minerais.

No Brasil os separadores magnticos empregados na concentrao de minrios de ferro no

so os separadores de alta intensidade e alto gradiente de campo, como o separador Jones e

o Gaustec e separadores magnticos de tambor com im de terras-raras.

3.2.1. Histrico da flotao de minrio de Ferro

Boutin e Tremblay (1962) patentearam uma tcnica de flotao em coluna. A partir deste

momento, foram feitos diversos esforos com o intuito de possibilitar a implementao

desse processo de flotao em escala industrial podendo-se destacar as aplicaes

realizadas pelo Dr. D. A. Wheeler (1966).

A primeira implantao industrial do processo de flotao no Brasil foi feita na Samarco

Minerao S/A em 1991. Em 1994, as Mineraes Brasileiras Reunidas implantaram o

processo de flotao em colunas na usina de tratamento de minrios, sendo esta construda

na Mina do Pico.

24

3.2.2. Concentrao de minrio de ferro por flotao

Para Guimares (1995), o emprego da flotao praticamente extensivo a todos os

minerais, estando sujeito apenas ao incremento de novos reagentes e melhoria das

condies operacionais apropriadas para cada tipo de minrio.

Para Silva (2004), a forma de beneficiamento mais empregada no Brasil para a

concentrao de minrios de ferro de baixo teor, destacando os itabiritos, a flotao

catinica reversa na qual o quartzo considerado mineral de ganga o overflow e a hematita

o underflow.

Um estudo feito por Silva (2004) mostrou que os melhores resultados de recuperao de

quartzo na flotao reversa de minrio de ferro com amina e com diferentes tipos de lcoois

estavam associados a comprimentos e formas de cadeias de amina e lcool semelhantes,

como apresentado na figura 3.9.

Figura 3.9 - Influncia do comprimento da cadeia de lcool na flotao (Silva, 2004).

http://www.scielo.br/scielo.php?pid=S0370-44672006000400012&script=sci_arttext#fig3#fig3

25

A grande aceitao da flotao como mtodo de concentrao de minrio tem causado o

aparecimento de vrios equipamentos de flotao, sendo estes classificados em trs tipos:

clulas mecnicas, clulas pneumticas e colunas de flotao (Luz e colaboradores, 1998).

O progresso considervel conseguido na qualidade dos concentrados nas colunas em

diversas unidades industriais, atuando com distintos tipos de minrios, aliada aos ganhos na

performance metalrgica e somados economia nos custos de capital e de operao,

comprovaram a importncia desse equipamento para a indstria mineral.

Segundo Iwasaki (1960), os fatores fundamentais que favorecem a utilizao da flotao

so:

I. principal processo de concentrao de minrios oxidados de baixos teores;

II. possibilita a reduo dos teores em slica de concentrados magnetticos, obtidos em

separao magntica;

III. o processo mais indicado para a produo de super-concentrados, utilizados em

processos metalrgicos da reduo direta.

O processo consiste basicamente na adeso seletiva de partculas minerais dispersas em um

meio aquoso s bolhas de ar. A teoria de flotao complexa e baseia-se nas diferenas das

propriedades fsico-qumica das superfcies das partculas minerais. Estas diferenas esto

relacionadas ao conceito de hidrofobicidade.

A hidrofobicidade corresponde dificuldade das partculas em se interagir com a gua. A

maioria dos casos a hidrofobicidade induzida pela adsoro de coletores seletivos. Assim

sendo, uma partcula hidrofbica tem averso a gua e , ento, pouco molhvel. J, uma

partcula hidroflica vida por gua sendo mais molhvel (Peres, 1999).

26

Deve-se ressaltar que os compostos qumicos so divididos em polares e apolares, a

polaridade dos compostos qumicos deriva da presena de dipolos permanentes em sua

molcula. No caso de dipolos permanentes so chamados polares e os que no apresentam

so chamados apolares.

No sistema de flotao, a gua uma espcie polar e o ar uma fase apolar. Uma

substncia hidrofbica aquela que tem superfcie no polar e que possui mais afinidade

com o ar e uma substncia hidroflica aquela que tem superfcie polar e que possui mais

afinidade com a gua

Segundo Luz (1987), o efeito conjugado das seguintes interaes responde pela estabilidade

de um sistema particulado disperso em um meio:

partcula/partcula: interaes especificas ou no, colises devidas a velocidades

diferenciais, geradas por foras gravitacionais e/ou de arraste hidrodinmico;

partcula /solvente: interaes especficas (e mesmo no especficas). Tais

interaes determinam a liofilicidade ou a liofobicidade do sistema;

solvente/solvente: a viscosidade do meio dispersante, em ltima analise, resume

essas interaes;

partcula/partcula/solvente: por exemplo, o movimento browniano das partculas e

molculas, do qual decorre, por um lado, a difuso das partculas, que age no

sentido de diminuir a segregao dos constituintes do sistema e, por outro lado, as

colises promovidas por essa agitao trmica criam ocasies propcias para a

superao de barreiras repulsivas das duplas camadas eltricas das partculas,

aumentando a cintica de agregao.

27

O conceito dos fenmenos interfaciais fundamentado na realizao de medidas

experimentais de trs grandezas: adsoro, tenso superficial e potencial zeta.

Adsoro o termo utilizado para descrever o fenmeno no qual molculas que esto

presentes em um fluido, lquido ou gasoso, concentram-se espontaneamente sobre uma

superfcie slida ou lquida. Geralmente, a adsoro parece ocorrer como um resultado de

foras no balanceadas na superfcie do slido e que atraem as molculas de um fluido em

contato por um tempo finito.

A adsoro qumica, ou quimissoro, assim denominada porque neste processo ocorre

efetiva troca de eltrons entre o slido e a molcula adsorvida, ocasionando as seguintes

caractersticas: formao de uma nica camada sobre a superfcie slida, irreversibilidade e

liberao de uma quantidade de energia considervel (da ordem de uma reao qumica).

A adsoro fsica um fenmeno reversvel onde se observa normalmente a deposio de

mais de uma camada de adsorvato sobre a superfcie adsorvente. As foras atuantes na

adsoro fsica so idnticas s foras de coeso, as foras de van der Walls, que operam

em estados lquido, slido e gasoso. As energias liberadas so relativamente baixas e atinge

rapidamente o equilbrio.

Outra grandeza interfacial mensurvel em sistemas de flotao manifesta-se na interface

lquido/gs, a tenso superficial. A tenso superficial pode ser definida como a fora por

unidade de comprimento exercida por uma superfcie do lquido. Ela geralmente afetada

pela concentrao do soluto. Como exemplo, sais e bases elevam a tenso superficial da

gua, j a maioria dos surfactantes diminui a tenso superficial.

A ltima grandeza interfacial mensurvel uma propriedade eltrica definida como

potencial zeta. Para tanto, se deve entender a teoria da dupla camada eltrica que trata da

distribuio de ons, e, portanto da intensidade dos potenciais eltricos que ocorrem na

superfcie carregada. A maior parte das partculas adquire uma carga eltrica superficial

quando postas em contato com uma fase aquosa (meio polar).

28

Essa carga superficial influencia a distribuio no meio polar dos ons prximos a ela,

gerando uma dupla estrutura de cargas: uma ancorada superfcie e outra, uma atmosfera

difusa de contra-ons e co-ons (Duncan, 1975). Por isso esse sistema de

contrabalanceamento de cargas chamado de dupla camada eltrica (DCE).

Todas as partculas adquirem uma carga eltrica superficial quando esto em contato com

um lquido. O potencial zeta um indicador do potencial de uma partcula em movimento

livre em um lquido e o potencial eltrico no plano de cisalhamento da dupla camada

eltrica quando a partcula se movimenta.

Segundo Parks (1975), os conceitos de grande importncia no estudo da dupla camada

eltrica incluem:

on determinador de potencial (IDP) de 1 ordem: responsveis pelo controle da

carga superficial;

on determinador de potencial (IDP) de 2 ordem: reagem com os IDP de 1 ordem;

ponto de carga zero (PCZ): logaritmo negativo da atividade de um dos IDP

correspondente carga de superfcie nula;

ponto isoeltrico (PIE): logaritmo negativo de um dos IDP correspondente carga

lquida nula no plano de cisalhamento (= 0);

concentrao de reverso de carga (CRC): correspondente ao potencial nulo na

carga determinada por IDP de segunda ordem; e

ponto de reverso de carga (PRC): logaritmo negativo da CRC.

A rota de flotao de minrio de ferro consagrada no Brasil a flotao catinica reversa,

onde se deprimem os minerais-minrios e se flota a ganga silictica. Aminas so coletores

efetivos na flotao de quartzo e silicatos. Essa rota est ligada no s relativamente boa

seletividade alcanada, como tambm ao fato de que as fases de interesse (hematita,

martita, magnetita, goethita e - em menor grau - limonita) acham-se em maior proporo

(minrios ricos), e o quartzo em menor, o que leva a menores consumos de coletor.

29

Oliveira Jr. (2006) utilizou o ndice de seletividade de Gaudin, com o intuito de estudar a

influncia de aspectos texturais na seletividade de flotao reversa de diversos minrios de

ferro do Quadriltero Ferrfero,

O desempenho de reagentes tpicos em flotao catinica reversa de minrios de ferro tem

sido alvo de vasta produo bibliogrfica. Recentemente, Arajo e colaboradores (2005)

fizeram uma sntese do assunto.

So feitas a seguir consideraes conceituais que envolvem a dolomita em sistemas de

flotao (Luz, 1987). Como fase inicial de desenvolvimento de processo deve ser o mais

ampla possvel, consideraes de processo de flotao com cidos graxos e seus sais

tambm so feitas como modo a compreender outras alternativas de processo hoje no

aplicadas.

O magnsio e o clcio, provenientes da dolomita, hidrolisam-se em solues aquosas

formando complexos que podem readsorver-se, resultando cargas lquidas de superfcie,

alm de levar a mudana no estado eltrico da superfcie do mineral.

A figura 3.10 mostra o diagrama de estabilidade para as espcies aquosas de oleato em

concentrao total de 3 x 10-5 M, extrada de Somasundaran e Ananthapadmanabhan

(1976).

30

Figura 3.10 - Diagrama de distribuio de espcies em funo do pH. A concentrao total

de oleato 3*10-5 M (1976).

Alm dessas, as reaes importantes do sistema Mg+2/CO2/H2O so mostradas na tabela

3.3, extradas de Prdali e Cases, Stum e Morgan e Garrels e Christ.

31

Tabela 3.3 - Reaes complementares de equilbrio para o sistema dolomita/gua/ CO2 .

(a Stum & Morgan, 1981; b Prdali & Cases, 1973; c Garrels & Christ,1965).

pK Fonte

1) CaMg(CO3)(s) Ca+2 + Mg+2 + 2.CO3-2 16,7 (a)

2) Mg+2 + HCO3- MgHCO3+ -1,16 (b)

3) MgHCO3+ MgCO3 (aq) + H+ 8,09 (b)

4) Mg+2 + OH- MgOH+ -2,57 (b)

5) MgOH+ + OH- Mg(OH)2 (aq) -5,81 (c)

6) Mg(OH)2 (aq) Mg(OH) (s) -2,67 (c)

7) MgCO3 (s) MgCO3 (aq) 4,51 (*) (c)

8) MgCO3 (aq) Mg+2 + CO3-2 3,40 (*) (c)

Segundo Luz (1987), a gerao de carga na superfcie de dolomita, tambm afetada por

fatores cinticos, morfolgicos e de constituio qumica, como no caso da calcita. A

literatura tambm no unnime a respeito do PCZ e PIE da dolomita pela mesma

variabilidade de fatores. A determinao de PIE e PCZ dificultada pela alta solubilidade

em regies de pH cido, assim como para a calcita. Por extrapolao, Prdali e

colaboradores (1973) estimaram pH 3 para o IEP de dolomita.

Estudos anteriores mostraram que para a dolomita, medidas confiveis abaixo do pH 7

ficam virtualmente impossveis. Em geral valores de PIE em redor do pH 8,2 tm sido

citados na literatura.

32

A figura 3.11 apresenta o Potencial zeta de calcita (1), apatita e dolomita.

Figura 3.11 Potencial zeta de calcita (1), apatita (3) e dolomita (2). (Luz, 1986).

Estudos envolvendo a adsoro de coletores sobre dolomita e suas respectivas propriedades

interfaciais em meio aquoso em presena ou no, de reagentes, so insuficientes. Prdali

(1967, 1969) estudou a flotao de dolomita com sais de cidos graxos, encontrando curvas

de dois mximos: um na regio cida (mximo em pH 3) e outro na regio bsica prximo

do pH 9, para oleato, miristato e palmitato de sdio. Como a dolomita tem carga negativa

em pH bsico, a adsoro de nions carboxilatos especifica nessa condio.

Baltar e Villas Boas (1980) avaliaram a flotao inversa da dolomita com cidos graxos e,

na ltima linha, flotao catinica antecedida de sulfetizao, onde foram conseguidos os

melhores resultados.

Um estudo de relevncia sobre vrios leos vegetais foi realizado por Brando e

colaboradores (1994) visando utilizao dos mesmos, sob a forma de sabes, como

33

coletores na concentrao de oximinerais, constatando o potencial de diferentes leos como

matrias-primas para coletores, com base nos seus cidos graxos constituintes.

Em face do seu potencial de aplicao foram estudados por Campos e Luz (2007) oleato de

sdio e sulfonato de sdio no sistema quartzo/hematita. Em geral a regio de mxima

flotao da hematita com oleato de sdio coincide com a concentrao mxima do

complexo ionomolecular cido/sabo.

Campos e Luz (2007) tambm estudaram recentemente o sistema

sulfonato/quartzo/hematita sulfonato de sdio. Esse reagente mostrou maior potencial de

seletividade na flotao entre o quartzo e a hematita em torno do pH 4. Demonstra tambm

um efeito da dosagem (a dosagem de 10 mg/l com um diferencial de flotabilidade entre o

quartzo e a hematita da ordem de 29 pontos percentuais, e em torno de 79 pontos

percentuais com 20mg/l), conforme se v nas figuras 3.12 e 3.13. Os resultados indicam ser

perfeitamente possvel a flotao direta de minrio de ferro, mostrando a possibilidade de

aproveitamento de rejeitos e minrios com baixos teores.

Segundo Campos e Luz (2007), oleato de sdio acarretou boa flotabilidade da hematita em

torno do pH 8 (veja-se figura 3.14), enquanto nos valores de pH inferiores e superiores a 8

a flotabilidade se mostrou incipiente e bem prxima dos valores para o quartzo, ou seja,

existe diferena aprecivel de valores de flotabilidade apenas em torno do pH 8.

O sistema amina apresentou boa flotabilidade da hematita em torno do pH 8 tanto para

dosagem de 5 mg/l quanto para 20 mg/l (conforme mostrado na figura 3.15), enquanto nos

valores de pH inferiores e superiores a 6 a flotabilidade se mostrou discreta.

34

SISTEMA SULFONATO 10mg/l

0,005,0010,0015,0020,0025,0030,0035,0040,0045,0050,00

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

pH

FL

OT

AB

ILID

AD

E [%

]

QUARTZO

HEMATITA

Figura 3.12Influncia do pH na flotabilidade do quartzo e hematita com sulfonato em gua destilada (Campos e Luz, 2007).

SISTEMA SULFONATO 20mg/l

0,00

10,00

20,00

30,00

40,00

50,00

60,00

70,00

80,00

90,00

100,00

3,00 4,00 5,00 6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00

pH

FLO

TA

BIL

IDA

DE

QUATZO

HEMATITA

Figura 3.13 - Influncia do pH na flotabilidade do quartzo e hematita com sulfonato

(Campos e Luz, 2007).

35

SISTEMA OLEATO DE SDIO 20 mg/l

0,0010,0020,0030,0040,0050,0060,0070,0080,0090,00100,00

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

pH

FL

OT

AB

ILID

AD

E [

%]

QUATZOHEMATITA

Figura 3.14 Influncia do pH na flotabilidade do quartzo e hematita com oleato de sdio

(Campos e Luz, 2007).

SISTEMA AMINA

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

pH

FL

OT

AB

ILID

AD

E [%

]

quartzo 20mg/lquatzo 5mg/lHematita 5mg/l

Figura 3.15 Influncia do pH na flotabilidade do quartzo e hematita com amina (Campos

e Luz, 2007).

36

Quast (2000), que realizou um trabalho de reviso de flotao de hematitas, usando vrios

coletores como cido lurico, hidroxamato, sulfato, dodecil-benzenossulfonato de sdio e

um acetato de dodecilamina, e afirmou que a precipitao de amina sobre a hematita tem

papel importante na flotao desse mineral.

Na figura 3.16, est apresentado estudo de flotabilidade da hematita, realizado por Lima

(1997), usando um acetato de eteramina com 10 a 12 tomos de carbono na cadeia e grau

de neutralizao igual a 50 % (50 % da amina utilizada encontravam-se na forma de sal -

acetato de eteramina - e 50 % na forma molecular).

Figura 3.16 - Flotabilidade da hematita em funo do pH e da concentrao de acetato de

eteramina (Lima, 1997; Lima e Brando, 1999).

Na figura a seguir, extrada de Pearse (2004), apresenta-se a estrutura dos coletores

aninicos mais usualmente utilizados na flotao de minerais oxidados.

37

Figura 3.17 - Estrutura dos coletores aninicos utilizados na flotao de minerais oxidados

(Pearse, 2004).

Como um dos principais reagentes de flotao, tanino corresponde a um grupo de

compostos fenlicos que tem como principal propriedade a afinidade em se ligar s cadeias

de protenas e precipit-las.

Segundo HANNA e colaboradores (1976), o tanino (figura 3.18) que naturalmente

hidrolisa-se em soluo alcalina vem sendo utilizado por dcadas para deprimir os minerais

carbonatados.

38

Figura 3.18 - Estrutura do tanino utilizada na flotao de minerais oxidados (VITAL, 2004).

Segundo Huout (1983) a amina vem sendo utilizada como coletor de slica na flotao

inversa de minrio de ferro desde anos 60.

A dextrina considerada uma classe de polissacardeos de baixo peso molecular. As

dextrinas so combinaes de polmeros de D-glucose (-1,4). Industrialmente, alcanado

atravs do processo de hidrlise cida de amido. As dextrinas so solveis em ambiente

aquoso, tendo tonalidades brancas ligeiramente amareladas. Na figura 3.19 est apresentada

uma estrutura da dextrina que usualmente utilizada como depressor na flotao.

http://www.allmineral.com/http://pt.wikipedia.org/wiki/Polissacar%C3%ADdeohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Amido

39

Figura 3.19 - Estrutura da dextrina utilizada na flotao de minerais oxidados (extrado de

http://pt.wikipedia.org/wiki/Dextrina )

Silicato de sdio, tambm conhecido como vidro lquido e gua de vidro, com frmula

Na2SiO3 empregado em processos de flotao para separao de minrios como hematita

e magnetita. Opera por adsoro seletiva superfcie do minrio e por hidrofilia, reduzindo

a quantidade de materiais indesejveis, como quartzo. Na figura 3.20 esta apresentada a

estrutura do silicato de sdio.

http://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/9/90/Dextrin.svghttp://www.allmineral.com/http://pt.wikipedia.org/wiki/Dextrina

40

Figura 3.20 - Estrutura do silicato de sdio utilizado na flotao de minerais oxidados

(extrado de http://pt.wikipedia.org/wiki/Silicato_de_s%C3%B3dio )

Estudando leo de babau refinado, Oliveira e colaboradores (2006) detectaram

composio caracterstica para esse leo, sendo constitudo principalmente por 44 % de

cido lurico, 17,6 % de cido mirstico, 15,8 % de cido olico e 10,5 % de cido

palmtico. J Rossell (1998) acusa os seguintes valores de cidos contidos no leo de

babau: de 2,6 a 7,3 % de cido octanoico (caprlico), 1,2 a 7,6 % de cido decanoico

(cprico), 40,0 a 55,0 % de cido dodecanoico (lurico), 11,0 a 27,0 % de cido

tetradecanoico (mirstico). 5,2 a 11,0 % de cido hexadecanoico (palmtico), 1,8 a 7,4 % de

cido octadecanoico (esterico), 9,0 a 20,0 % de cido octadecenoico (oleico; 18 carbonos e

insaturado com uma dupla ligao em isomeria cis no nono carbono) e de 1,4 a 6,6 % de

cido octadecadienoico (linolnico; 18 carbonos e com duas duplas ligaes). Alerte-se

para o fato de que, na realidade, a composio unicamente hipottica, pois na realidade os

leos vegetais no so mistura de cidos graxos mais, sim, tri-acil-gliceris. Ou seja,

somente aps ia saponificao, ter-se-o os sais alcalinos dos cidos citados

convencionalmente como componentes do leo.

http://www.allmineral.com/http://www.allmineral.com/http://pt.wikipedia.org/wiki/Silicato_de_s%C3%B3dio

41

3.2.2.1. Microflotao

A microflotao compreende a flotao com pequenas alquotas amostrais purificadas,

utilizando-se equipamento especfico e delicado, capaz de viabilizar campanhas rpidas e

de baixo custo.

Tem como grande vantagem a realizao de ensaios bem controlados e reprodutveis, os

quais permitem o estudo do mecanismo de interao entre reagentes e as superfcies

minerais e o levantamento das melhores condies fsico-qumicas da suspenso ou polpa,

pH, etc.

Por se tratarem de sistemas simplificados, usualmente com minerais isolados, gua

destilada e reagentes purificados, o escalonamento para as condies de flotao

convencional de bancada ou industrial deve ser considerado com extrema reserva. Mesmo

assim, os resultados obtidos em clula de microflotao podem servir como um guia

durante a seleo das condies operacionais em clula de bancada, levando economia de

recursos humanos e materiais.

Segundo Leja (1982), o tubo de Hallimond a clula de microflotao mais utilizada,

usando amostras purificadas de 1,0 a 2,0 gramas e o mecanismo de agitao a barra

magntica.

Arajo (1982), em estudos de microflotao com os minerais quartzo e hematita, usando

uma amina graxa primria com cadeia de 10 a 12 tomos de carbono, observou que a regio

de mxima flotabilidade para ambos minerais estava compreendida entre os valores de pH

de 9 a 10,5.

42

Outros aparatos de microflotao reportados na literatura so: a clula de Fuerstenau (Luz,

1996) e a clula de Smith-Partridge (Peres e colaboradores, 1980).

Em seus estudos de microflotao em clula de Fuerstenau, Luz (1996) estudou a flotao

direta de minrios de ferro utilizando coletores aninicos, como o leo de rcino e de arroz

saponificados em meio aquoso e em meio alcolico. Utilizando sabo de leo de arroz

obtido por saponificao em meio alcolico, percebeu que houve ganho do poder do

coletor, tanto em relao a hematita, quanto em relao ao quartzo.

A clula de Fuerstenau de vidro e consta em sua parte inferior de um fundo poroso de

vidro sinterizado cuja funo produzir borbulhamento uniforme da fase gasosa injetada; a

parte superior da clula tem um rea de coleta do material flutuado.

A clula apresenta como vantagens, comparadas ao tubo de Hallimond:

Maior controle das variveis de operao no ensaio de microflotao;

Maior nmero de ensaios realizados (6 ensaios por hora);

43

4. METODOLOGIA

Para melhor entendimento da metodologia dos ensaios, veja-se a figura 4.1, a qual ilustra

fluxograma mostrando todas as etapas realizadas inerentes ao processo de microflotao.

Figura 4.1 Fluxograma do planejamento dos ensaios de microflotao.

Anlise granulom trica - 0,297 mm e

0,074 mm

Britagem e moagem: hematita, quartzo e

dolomita. Separao magntica:

magnetita

Anlise qumica: ICP OES

Microflotao: clula de fuerstenau

Determinao de densidade: picnmetro

44

4.1. Reagentes e Aparelhagem Utilizados

4.1.1. Reagentes

Para a realizao dos ensaios de flotao reversa e direta, foram utilizados os seguintes

reagentes:

Amina - compostos qumicos orgnicos nitrogenados derivados do amonaco (NH3) e que

resultam da substituio parcial ou total dos hidrognios da molcula por grupos

hidrocarbnicos.

cido oleico (H3C - (CH2)7 - CH = CH - (CH2)7 - COOH). Fabricante: Indstria Qumica

Anastcio S/A - Utilizou-se saponificado por NaOH em excesso, resultando em oleato de

sdio.

leo de babau. Fabricante: All Chemistry Brasil Ltda. - Utilizou-se saponificado por

NaOH em excesso.

Silicato de sdio - Na2SiO3 - depressor usual de quartzo, silicatos, minerais tipo-sal.

Tanino. Fabricante: Sulfal Qumica Ltda. - depressores de minerais oxidados.

Dextrina. Nome comercial: Argo DT 7482 (embalagem de 25 kg). Fabricante: Corn

Products Brasil depressor de minerais oxidados

Mibcol. Metil-isobutilcarbinol (C6H14O) - Fabricante: Merck S.A. Indstrias Qumicas.

Espumante clssico para sistemas de flotao.

NaOH/HCL - Fabricante Merck S.A. Indstrias Qumicas, usado como regulador de pH.

http://pt.wikipedia.org/wiki/Org%C3%A2nicohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Amon%C3%ADacohttp://pt.wikipedia.org/wiki/Hidrog%C3%AAnio

45

Outros

gua gua destilada ser usada em todos os experimentos.

Ar comprimido usado nos ensaios de microflotao.

4.1.2. Aparelhagem

Discriminam-se abaixo os principais equipamentos usados neste trabalho:

Peneiras da serie Manupen/ABNT para bitolamento das amostras para

microflotao;

Moinho de porcelana 62 rpm marca: Renard - para adequao granulomtrica para

os testes de microflotao;

Espectrmetro de Emisso ptica com Plasma Indutivamente Acoplado (ICP OES)

Spectro / Modelo: Ciros CCD

Picnmetro de 100 ml para determinao da densidade dos minerais;

Peagmetros Digimed DM-22 com eletrodos de vidro combinado para as medidas

de pH;

Balana Digimed KN 1000C - Utilizada para pesagem com preciso;

Bquer;

Termmetro;

Cronmetro Utilizado para medir o tempo padro do teste;

46

Estufa Fanem mod: 320-SE - Utilizada para secagem de amostras;

Filtro de papel;

Funil de vidro;

Agitador magntico com aquecedor Fisatom;

Agitador magntico Fanem mod 257 110 V;

Separador magntico marca: Equimag modelo L.8 serie 01450.

Clula de Fuerstenau.

Os ensaios de microflotao foram realizados em clula de Fuerstenau, como descrito por

Luz (1996).

A seguir so mostradas as figuras 4.2, 4.3 e 4.4 onde se pode observar a clula de

Fuerstenau utilizada na microflotao de hematita.

47

Figura 4.2 - Esquema em perspectiva e dimensional da clula de Fuerstenau. (Fonte: Luz,

1996).

48

Figura 4.3 - Clula de Fuerstenau em fase de condicionamento na microflotao de hematita.

Figura 4.4 - Clula de Fuerstenau em fase de aerao na microflotao de magnetita.

49

4.2. Minerais: Obteno e Preparo

Devido dificuldade de obteno de amostras purificadas oriundas da rea de interesse (em

especial de usina de Andrade em Joo Molevade), essas amostras, assim obtidas s foram

utilizadas no coroamento dos trabalhos (fase final).

Assim, durante o desenvolvimento do trabalho, foram utilizados minerais puros oriundos

do Quadriltero Ferrfero, de regio dentro da folha geolgica de Ouro Preto. A dolomita

foi obtida da cava da Bemil. Sua pureza foi atestada por avaliao de picnometria, e analise

qumica. O quartzo utilizado em grande parte do trabalho foi de amostra de veio de quartzo

hialino de elevada pureza, ao passo que a hematita foi obtida de amostras de hematita

compacta. A magnetita (figura 4.5) utilizada no desenvolvimento do ensaio de

microflotao em bancada foi obtida da regio de Sabinpolis (MG).

Figura 4.5 Amostra tpica de minrio magnettico frivel mostrando o aspecto sacaroidal

dos grnulos de magnetita (regio de Sabinpolis, MG)

50

O trabalho foi desenvolvido junto ao departamento de Engenharia de Minas da Escola de

Minas da Universidade federal de Ouro Preto.

A preparao e a caracterizao das amostras so descritas a seguir.

4.2.1. Quartzo

A) Preparao

A amostra de quartzo foi preparada por simples cominuio em moinho de porcelana com

carga moedora de bolas, a partir de espcimes coletados manualmente.

Para os testes de microflotao as amostras foram bitoladas por peneiramento dentro da

faixa entre 0,297 mm e 0,074 mm

Cerca de 3,56 kg dessa amostra foi submetido a peneiramento a mido, gerando uma

amostra de 3,145 kg. Esse peneiramento visou preparar amostras adequadamente finas para

os testes de microflotao.

Esta amostra de quartzo foi homogeneizada e quarteada seguidamente at se atingirem as

quantidades necessrias para os ensaios posteriores de flotao, mais precisamente 20 g.

B) Caracterizao:

Densidade: a determinao (em duplicata) da densidade com picnmetro indicou

valor mdio de 2,682.

51

Granulometria: As amostras para os testes de microflotao foram bitoladas (em

peneiras de teste) dentro da faixa entre 0,297 mm e 0,074 mm.

4.2.2. Hematita

A) Preparao:

A preparao das amostras de hematita foi similar das amostras de quartzo. Consistiu de

cominuio em moinho de porcelana com carga de bolas a partir de espcimes coletados

manualmente.

Para os testes de microflotao as amostras foram bitoladas por peneiramento dentro da

faixa entre 0,297 mm e 0,074 mm

Cerca de 6,44 kg dessa amostra foi submetido a peneiramento a mido, gerando uma

amostra de 3,03 kg. Esse peneiramento visou preparar amostras adequadamente finas para

os testes de microflotao.

Esta amostra de hematita tambm foi homogeneizada e quarteada seguidamente at

atingirem as quantidades de 20 g necessrias para os ensaios de flotao.

B) Caracterizao:

Densidade: a determinao (em duplicata) da densidade com picnmetro indicou

valor mdio de 4,670.

Granulometria: As amostras para os testes de microflotao foram bitoladas (em

peneiras de teste) dentro da faixa entre 0,297 mm e 0,074 mm.

52

4.2.3. Dolomita

A) Preparao:

A preparao das amostras de dolomita foi similar das amostras de quartzo e hematita.

Consistiu de cominuio em moinho de porcelana com carga de bolas a partir de espcimes

coletados manualmente.

Para os testes de microflotao as amostras foram bitoladas por peneiramento dentro da

faixa entre 0,297 mm e 0,074 mm

Cerca de 6,12 kg dessa amostra foi submetido a peneiramento a mido, gerando uma

amostra de 3,340 kg. Esse peneiramento visou preparar amostras adequadamente finas para

os testes de microflotao.

Esta amostra de dolomita tambm foi homogeneizada e quarteada seguidamente at

atingirem as quantidades necessrias para os ensaios posteriores de flotao, mais

precisamente 20 g.

B) Caracterizao:

Densidade: a determinao (em duplicata) da densidade com picnmetro indicou

valor mdio de 2,796.

Granulometria: As amostras para os testes de microflotao foram bitoladas (em

peneiras de teste) dentro da faixa entre 0,297 mm e 0,074 mm

53

4.2.4. Magnetita

A) Preparao:

A preparao das amostras de magnetita foi similar das amostras de quartzo, hematita e

dolomita. Consistiu de cominuio em moinho de porcelana com carga de bolas a partir de

espcimes coletados manualmente.

Para os testes de microflotao as amostras foram bitoladas por peneiramento dentro da

faixa entre 0,297 mm e 0,074 mm

Cerca de 2,32 kg dessa amostra foi submetido a peneiramento a mido, gerando uma

amostra de 1,35 kg. Esse peneiramento visou preparar amostras adequadamente finas para

os testes de microflotao. Posteriormente a amostra foi conduzida para um separador

magntico de baixa intensidade com intuito de purificar a amostra gerando um produto de

213 g.

Esta amostra de magnetita tambm foi homogeneizada e quarteada seguidamente at

atingirem as quantidades necessrias para os ensaios posteriores de flotao, mais

precisamente 20 g.

B) Caracterizao:

Densidade: a determinao (em duplicata) da densidade com picnmetro indicou

valor mdio de 5,025.

Granulometria: As amostras para os testes de microflotao foram bitoladas (em peneiras

de teste) dentro da faixa entre 0,297 mm e 0,074 mm.

54

4.3. Caracterizao Qumica

A caracterizao foi feita por espectrofotometria de emisso atmica com fonte plasma e os

resultados principais esto apresentados nas tabelas 4.1, 4.2 e 4.3. As tabelas completas

esto apresentadas no adendo A.

Tabela 4.1 Concentrao de elementos trao do quartzo e da dolomita

Tabela 4.2 Concentrao de elementos trao da magnetita e da hematita

Tabela 4.3 Concentrao de elementos majoritrios da magnetita e hematita

Amostra Be Li Sc Zr Cu mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg Quartzo 0,356 0,331 0,387 2,84 5,37 Dolomita 0,376 2,27 0,475 2,01 6,82

Amostra Li Sr Th Y Co mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg mg/kg Magnetita 8,74 8,12 4,00 3,64 147 Hematita 1,39 20,2 3,55 7,14 25,1

Amostra Si SiO2 MgO Fe Outros % % % % % Magnetita 2,54 5,43 1,655 68,5 21,88 Hematita 1,09 2,327 0,0136 71,0 25,57

55

4.4. Procedimentos Experimentais Utilizados na Microflotao

4.4.1. Saponificao do coletor

O procedimento experimental padro, adotado para a saponificao dos coletores est

descrito a seguir:

leo de babau

Inicialmente, 10,08 gramas de leo de babau (aquecido a 60 C) foram pesados e

transferidos para bquer contendo 100 ml de gua destilada. Posteriormente, mediu-se 50

ml de gua destilada numa proveta e transferiu-se para um bquer de 500 ml.

Posteriormente, sob constante agitao utilizando agitador magntico, adicionou-se

lentamente soluo de NaOH (sob concentrao em massa de 13,9 %) sobre a gua com o

leo de babau at a soluo ficar saponificada, controlando a alcalinidade para que ficasse

acima de pH 12. O material saponificado foi transferido para um balo, acrescentando gua

at completar 500 ml gerando uma concentrao de dosagem de 1 %.

cido oleico

Inicialmente, pesaram-se 10 gramas de cido oleico (aquecido 60 C) que foram

transferidos para um bquer contendo 20ml de gua destilada. Posteriormente mediram-se 3

ml de gua destilada numa proveta e transferiu-se essa gua para bquer de 50 ml.

Posteriormente, sob constante agitao utilizando agitador magntico, adicionou-se

lentamente a soluo de NaOH (sob concentrao de 50 % em massa) sobre o oleato at a

soluo ficar saponificada. O material saponificado foi transferido para um balo,

acrescentando gua at completar 500 ml gerando concentrao de dosagem de 1 %.

Os leos saponificados eram mantidos em lugar escuro e refrigerados para evitar alterao

em suas propriedades devido luz e ao calor.

56

4.4.2. Ensaio de flotao utilizando coletor

O procedimento experimental padro, adotado para os ensaios de microflotao est

descrito a seguir.

Inicialmente, ajustou-se o pH da soluo de acordo com o programado. Despejava-se 20

gramas de amostra no fundo seco, adicionavam-se 100 ml de soluo coletora, iniciando

imediatamente a agitao e o disparo do cronmetro, num perodo de condicionamento de

120 s. Gotejou-se, com seringa fina, 0,005 ml de espumante, 15 segundos antes do trmino

do condicionamento. Posteriormente injetava-se nitrognio, via abertura das vlvulas,

mantendo-se a vazo constante durante o processo de flotao, por 180 s. Paralelamente

adicionava-se gua com espumante (com mesmo pH e com a mesma proporo inicial)

para se manter a cota de interface polpa/espuma durante o desenvolvimento da flotao.

Aps este perodo, interrompia-se o fluxo de nitrognio e a agitao, separando, a seguir, o

material flotado e o material no flotado. Filtravam-se as fraes em papel de filtro, as

quais eram enviadas para secagem a 80 C. As fraes secas eram pesadas, finalmente, em

balana analtica de preciso. Os ensaios eram realizados em duplicata, e em triplicata, no

caso de haver discrepncia maior que 3 % entre os valores de flotabilidade para as mesmas

condies experimentais.

Inicialmente alguns ensaios foram feitos em branco (somente com espumante, sem coletor)

com o quartzo para se quantificar o arraste hidrodinmico (relacionado ao eventual poder

coletor do espumante e ao arraste de finos nas linhas de fluxo).

A fase aquosa usada nos ensaios era comumente gua destilada, ajustada para o pH do

ensaio, Entretanto, fizeram-se alguns ensaios para se averiguar o efeito de dissoluo de

ons de dolomita na flotao com leo de babau saponificado. Nessa modalidade de

ensaio, deixava-se por, no mnimo 24 horas, dolomita cominuda imersa em bquer

contendo gua destilada. O sobrenadante era ento coletado e usado como fase lquida para

a execuo dos ensaios de microflotao

57

4.4.3. Ensaio de flotao utilizando coletor e depressor

O procedimento experimental padro, adotado para os ensaios de microflotao est

descrito a seguir.

Inicialmente, ajustou-se o pH da soluo de acordo com o programado. Despejava-se 20

gramas de amostra no fundo seco, adicionavam-se 100 ml de soluo formada por gua e

depressor, iniciando imediatamente a agitao e o disparo do cronmetro, num perodo de

condicionamento de 240 s. Acrescentou-se coletor 2 minutos (120 s) aps o inicio do

perodo de condicionamento. Posteriormente gotejou-se, com seringa fina, 0,005 ml de

espumante, 15 segundos antes do trmino do condicionamento. Posteriormente injetava-se

nitrognio, via abertura das vlvulas, mantendo-se a vazo constante durante o processo de

flotao, por 180 s. Paralelamente adicionava-se gua com espumante (com mesmo pH e

com a mesma proporo inicial) para se manter a cota de interface polpa/espuma durante o

desenvolvimento da flotao. Aps este perodo, interrompia-se o fluxo de nitrognio e a

agitao, separando, a seguir, o material flotado e o material no flotado. Filtravam-se as

fraes em papel de filtro, as quais eram enviadas para secagem a 80 C. As fraes secas

eram pesadas, finalmente, em balana analtica de preciso. Os ensaios eram realizados em

duplicata, e em triplicata, no caso de haver discrepncia maior que 3 % entre os valores de

flotabilidade para as mesmas condies experimentais.

4.5. Planejamento dos Testes de Microflotao

No que tange ao desenvolvimento dos ensaios, ficou estabelecido que os primeiros ensaios

fossem realizados como mostra a tabela 4.4:

58

1 fase (fase preliminar)

Tabela 4.4 Planejamento dos ensaios preliminares

2 fase (fase de detalhamento) A partir dos resultados obtidos na fase preliminar de microflotao, ficou constatado o baixo rendimento do leo de babau como potencial coletor. Esta constatao aliada ao restrito nmero de amostras definiu uma segunda rodada de ensaios onde ficou decidido que seriam usadas amina e oleato de sdio como coletores, como mostra a tabela 4.5:

Flotao

Coletor Reguladores de pH:

Quartzo Amina leo de babau Oleato de sdio

HCl/NaOH;

Hematita Amina leo de babau Oleato de sdio

HCl/NaOH;

Dolomita Amina leo de babau Oleato de sdio

HCl/NaOH;

Quartzo em sobrenadante de

dolomita

Amina leo de babau Oleato de sdio

HCl/NaOH;

Hematita em sobrenadante de

dolomita

Amina leo de babau Oleato de sdio

HCl/NaOH;

59

Tabela 4.5 Planejamento da fase de detalhamento

3 fase (suplementao de ensaios usando magnetita) Para a parte final dos experimentos ficou estabelecido que os ensaios ficassem centrados em cima da magnetita, e devido escassez de amostras foi definido poucos ensaios com coletor e depressor, como mostra a tabela 4.6:

Figura 4.6 Planejamento de ensaios de suplementao usando magnetita

Flotao

Coletor Depressor Reguladores de pH:

Quartzo

Amina Oleato de sdio

Dextrina Silicato de sdio

Tanino

HCl/NaOH;

Hematita Amina Oleato de sdio

Dextrina Silicato de sdio

Tanino

HCl/NaOH;