FLOTAÇÃOOXIMINERAIS

Alexandre R. Lana

Anderson Luiz da Silva

Cristiano Silva Araújo

Jackson Weser Souza

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Flotação - conceito

• Flotação é uma técnica de separação de misturas que consiste na introdução de bolhas de ar a uma suspensão de partículas. Com isso, verifica-se que as partículas aderem às bolhas, formando uma espuma que pode ser removida da solução e separando seus componentes de maneira efetiva.

Hidroficilidade e Hidrofobicidade

• Um líquido em contato com uma superfície, temos que considerar duas possibilidades de interação: o líquido se espalha bem na superfície (como bebida alcoólica em copo de vidro) ou o l í q u i d o t e n d e a s e manter no formato de gota (como uma g o t a d e c h u v a n o pára-brisa engordurado de um carro).

• aquelas que se mantém como gotas de maneira a diminuir o máximo possível o contato entre a água e a superfície são chamadas hidrofóbicas, enquanto aquelas em que obser- vamos o espalhamento do líquido e têm afinidade à água são chamadas hidrofílicas.

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Tensão superficial• A tensão superficial é a responsável pela formação das bolhas e pode ser entendida como uma espécie de película que envolve

os líquidos, semelhante à existente na gema do ovo. Isso explica porque, quando viramos um copo molhado, algumas 

fechada consegue segurar a gota de água até certo limite de tamanho antes que esta caia na pia.

• Diagrama esquemático comparando as forças de atração entre moléculas na superfície e no interior de um líquido.

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Ângulo de contato

• O ângulo formado entre as superfícies, conhecido como ângulo de contato (q), pode ser usado como uma medida da hidrofobicidade/hidrofilicidade do sólido. Esse ângulo permite a quantificação dos vários graus de afinidade intermediários entre esses dois casos extremos.

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OXIMINERAIS

• O termo oximineral ou mineral oxidado é utilizado para a descrição ampla de subdivisão dos compostos minerais, com o Oxigênio sendo o elemento comum entre eles, com o íon OH- constituindo fração dominante na estrutura cristalina desses minerais.

• A maioria das estruturas dos oximinerais pode ser visualizada com o empacotamento de íons de oxigênio com os demais íons que ocupam os interstícios entre eles.

• Principais Minerais Desta Classe: Hematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), ouro, zinco e cromo.

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OXIMINERAIS

• As ligações comuns entre os átomos que compõem esses minerais é iônica e / ou covalente (ligações fortes), e, raramente, ligações de hidrogênio estão presentes.

• Os oximinerais apresentam superfícies predominantemente polares, devido o

rompimento de ligação total ou parcialmente iônica, ou seja, tem alta afinidade com a água

(caráter hidrófilo).

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FLOTAÇÃO OXIMINERAIS

• A flotação dos oximinerais se encontra num estágio menos avançado que o dos sulfo-minerais e seus familiares, devido haver um universo mais vasto e

diverso do que os minerais sulfetados.

• Os aspectos com maior grau de diversidade entre os minerais oxidados está na diferença de composição

química, estrutura cristaloquimica, solubilidade em água e também grande variedade de coletores aniônicos e

catiônicos.

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Flotação Minério de Ferro

• Os principais coletores utilizados na flotação reversa dos minérios de ferro pertencem ao grupo das aminas, mais especificadamente das eteraminas. As diaminas e combinações de coletores, como por exemplo o uso de extensores de cadeia (reagentes apolares – óleos combustíveis), vêm merecendo atualmente, para aconcentração de minério de ferro por flotação

•  •  

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Flotação de Minério de Ferro

• No caso da flotação dessesminérios, a prática industrial tem

demonstrado que a do tipo reversa é a que leva aos melhores resultados; porém cada

associação entre a sílica e a hematita é diferente; por isso existirão reagentes, ou combinação de reagentes, adequados para

cada caso.

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Reagentes Apolares

• Apesar do fato de reagentes apolares serem usados na indústria de mineração há muito tempo, ainda se utilizam quantidades muito menores que a esperada considerando-se suas vantagens técnicas e econômicas, comparando-se com os coletores da classe dos surfatantes ou espécies heteropolares, ou seja: baixo preço, disponibilidade, habilidade para flotar tanto sulfetos como oxi-minerais. 

• Reagentes apolares têm uma composição química complexa, e suas propriedades físicas e químicas e ação durante a flotação de óxidos de ferro e sílica não foram ainda suficientemente investigadas. Assim, o uso destes tão valiosos coletores tem sido, portanto, bem limitado.

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COLETORES APOLARES

• Coletores apolares usados em adição com coletores heteropolares e ionogênicos são chamados de reagentes auxiliares ou extensores (“extenders”) de cadeia. Essa designação reforça a função secundária dos coletores apolares, reagentes auxiliares para o coletor polar .

• Coletores apolares são usados como reagentes na flotação de diferentes tipos de minérios.

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Consumo de reagentes

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Reagentes Consumo*

Amina 51 g/t de alimentação da flotação

Amido 546 g/t de alimentação da flotação

Óleo diesel 11,1 g/t de alimentação da flotação

Hidróxido de sódio 151 g/t de alimentação da flotação

Floculante 2,64 g/t de produto da flotação

Vantagens do uso de oleos apolares como reagentes

• 1 - redução da dosagem de coletor requerida óleos apolares são reagentes mais baratos, uma considerável redução de custo pode ser alcançada.

• 2 - aumento da taxa de hidrofobicidade do mineral recuperado devido à melhoria da adesão bolha-partícula.

• 3 – Redução do excesso de espuma devido a presença de lama pode ser reduzida ou eliminada.

• 4 – recuperação de partículas grossas pode ser melhorada sem um contínuo aumento narecuperação de partículas indesejáveis.

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• O motivo mais provável para a fixação dos óleos nas superfícies hidrófobas é a molhabilidade seletiva. Tem-se estabelecido que quanto mais hidrófoba é a superfície do mineral, tanto melhor para a fixação do óleo.

• Os óleos apolares ficam fixados na superfície dos minerais somente como gotas.

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Óleos apolares

• Há várias razões para o uso de oleos apolares em flotação de oxi-minerais. Tem-se diversas hipóteses, das quais as mais importantes são as seguintes :

• As bolhas de ar se fixam somente na superfície mineral coberta com uma película fina de hidrocarbonetos.

• Os óleos apolares se aderem nas partículas minerais em forma de gotas.

• Os óleos apolares melhoram a flotabilidade das partículas maiores, principalmente, às custas da aceleração da ligação bolha de ar-partícula mineral.

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AMIDO (DEPRESSOR)

• Agentes modificadores industrialmente empregados na flotação junto ao depressor de

óxido de ferro em uma flotação catiônica reversa (minérios itabiriticos) e como depressor

de ganga (minerais portadores de ferro), excluindo o ouro e oxidados de zinco, sistema em que existe potencialidade para emprego do

amido de milho.

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AMIDO DE MILHO

• O amido de milho é uma reserva energética vegetal formada, basicamente, pela

condensação de moléculas de D-glicose geradas através do processo fotossintético, tendo como formula aproximada: (C6H10O5)n,

onde n (numero de unidades de glicose que compõe o amido), é grande.

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AMIDO DE MILHO

A maior parte dos amidos constitui-se basicamente,de dois compostos de composição

química semelhantes (dada pela formula aproximada do amido) e estrutura de cadeias

distintas:

• Amilose: polímero linear no qual as unidades de D-glicose unem-se através de ligações glicosídicas.

• Amilopectina: polímero ramificado onde as ramificações se unem a uma cadeia principal através de ligações do tipo glicosídicas. Soa os mais eficientes depressores do minério de ferro.

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AMIDOS DE MILHO NÃO MODIFICADOS

• Alto peso molecular • Alta hidrofilicidade das macromoléculas • São insolúveis em água fria• Quando as dextrinas (mantém a proporção

amilopectina / amilose na molécula original mas, devido a um tratamento sofre uma redução drástica no número n de glicose) são capazes de hidrofilizar a superfice dos minerais sobre as quais se adsorve agem como depressores.

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AMINA (COLETOR)

• Dentre os diversos produtos químicos que são utilizados no processo de flotação, as aminas e seus derivados são particularmente relevantes porque são responsáveis pela concentração de importantes minérios brasileiros.

• Os coletores catiônicos têm sido utilizados na flotação de minerais desde o final dos anos 30 e a química desses compostos é baseada nas aminas e seus derivados. A utilização dessa classe de produtos como coletores de flotação é mundialmente reconhecida em processos de concentração de sais solúveis e oximinerais.

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• Estima-se que aproximadamente 5.500 toneladas de derivados de aminas sejam utilizados anualmente no Brasil em processos de concentração de hematita, willemita, calamina, pirocloro, calcita, magnesita, silvita e alguns tipos de apatita.

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• Da mesma forma que a amônia, os compostos nitrogenados trivalentes, os quais podem ser definidos como amônias substituídas, são consideradas básicas. Essa definição vem da conceituação de ácido / base de Lewis , onde o nitrogênio e seus compostos, pôr serem doadores de elétrons, seriam classificados como bases. Com o par de elétrons não compartilhados, a amônia reage com ácidos como doadoras de elétrons, ou, como receptores de prótons para formar sais.

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AS AMINAS COMO TENSOATIVOS

• Tensoativos são substâncias com estrutura molecular que possuem uma parte hidrofílica (afinidade com água) e uma porção hidrofóbica (aversão à água)

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Parte hidrofóbica (Radica Alquil) Parte hidrofílica

• Quando tensoativos são adicionados à água, as propriedades de redução de tensão superficial atingem um valor mínimo a partir do qual se estabiliza mesmo quando mais tensoativo é adicionado. Esse efeito ocorre porque as moléculas terão atingido sua saturação na interface líquido – ar

• A carga elétrica que compõe a parte hidrofílica e as inúmeras variações dos tipos de cadeias carbônicas que podem compor a parte hidrofóbica, permitem que se tenham um grande número de combinações gerando produtos distintos e com propriedades únicas.

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Classes tensoativos

• Agrupa os produtos enquanto sua carga iônica, dividindo-os em catiônicos (positivo), aniônicos (negativo), não iônicos (sem carga) e anfotéricos (positivos em pH ácido e negativo em pH alcalino).

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Concentração miselar crítica (CMC)

• Uma característica dos coletores catiônicos é a capacidade de formar agregados em solução aquosa a partir de uma determinada concentração. Estes agregados são denominados micelas. A concentração onde se inicia o processo de formação dessas estruturas (micelização) é chamada de concentração micelar crítica, ou simplesmente CMC, que é uma propriedade intrínseca e característica do produto.

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AMINA COMO COLETOR DO ZINCO

• A flotação catiônica com altas concentrações de sulfeto de sódio,

usando amina primária como coletor, tem sido a opção mais adequada para

concentrar esses minérios

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• Os testes de flotação, usando emulsão de amina com óleos vegetais e diesel, mostraram que a amina emulsificada apresentou um desempenho na flotação superior à amina não emulsificada, além de permitir uma redução significativa de sulfeto de sódio. Dos óleos vegetais estudados destacaram-se a mamona e o coco-babaçu, porém os resultados de recuperação foram inferiores ao óleo diesel.

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Flotação Minerio de Ferro

• Sabe-se que existe uma enorme variedade de minérios de ferro, principalmente de itabiritos. Logo, nem todas essas variedades podem ser tratadas da mesma maneira. No caso da flotação desses

minérios, a prática industrialtem demonstrado que a do tipo reversa é a que leva aos melhores resultados; porém cada associação entre a sílica e a hematita é diferente; por isso existirão reagentes, ou combinação de reagentes, adequados para cada caso.

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• Os principais coletores utilizados na flotação reversa dos minérios de ferro pertencem ao grupo das aminas, mais especificadamente das eteraminas. As diaminas e combinações de coletores, como por exemplo o uso de extensores de cadeia (reagentes apolares – óleos combustíveis), vêm merecendo atualmente, para a concentração deminério de ferro por flotação, aatenção dos pesquisadores.

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• Apesar do fato de reagentes apolares serem usados na indústria de mineração há muito tempo, ainda se utilizam quantidades muito menores que a esperada considerando-se suas vantagens técnicas e econômicas, comparando-se com os coletores da classe dos surfatantes ou espécies heteropolares, ou seja: baixo preço, disponibilidade, habilidade para flotar tanto sulfetos como oxi-minerais

• etc.(2)

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Reguladores de PH

• Devem ser preparadas soluções de ácido acético (5%) e NaOH à 10% em peso para correção do pH da polpa na cuba de flotação.

• As aminas apresentam praticamente 100% dissociadas na faixa de PH inferior a 9. A partir deste limite a proporção da espécie molecular cresce, atingindo 50% no Ph igual a 10,6 e valores próximos a 100% no qual o PH é igual a 12.

• Sabe-se que as espumas adequadas para flotação são somente estabilizadas por um sulfatante em sua forma molecular.

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