SUMÁRIO DE PONTOS IMPORTANTES DA FLOTAÇÃO2011

8/6/2019 SUMÁRIO DE PONTOS IMPORTANTES DA FLOTAÇÃO2011

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SUMÁRIO DE ALGUNS PONTOS IMPORTANTES DA FLOTAÇÃO

Rísia Magriotis Papini

1 - Conceitos básicos

O processo de flotação completou em 2005, na forma em que é conhecido hoje, 100

anos de aplicação industrial. Após a leitura da primeira frase cerca de 70t foram

processadas por flotação no mundo (em um segundo – cerca de 2 bilhões de

toneladas são tratadas por ano). A flotação é, na prática, o único método de

concentração de minerais no qual é possível criar e modificar a propriedade

diferenciadora - grau de hidrofobicidade de uma superfície. Assim sendo, o método

tem aplicações muito diversificadas na indústria mineral e em diversos outros

setores industriais tais como o tratamento de águas, de esgotos e de resíduos e, até

mesmo, na reciclagem de materiais tais como pigmentos e plásticos.

A flotação se baseia na modificação de propriedades de interface, transformando

pela correta adição de um conjunto de reagentes e imposição de certas condições

físico-químicas, certas superfícies minerais em hidrofóbicas (com aversão ao meio

aquoso e, portanto, aptas a serem capturadas por bolhas gasosas que são

introduzidas nos reatores onde o processo se passa). Esta transformação do caráter

superficial de uma partícula mineral é conseguida pela introdução de reagentes

especiais (surfatantes) que possuem um caráter duplo (anfipático), representado por

uma porção de natureza polar e outra de natureza apolar. Ao recobrir (parcialmente)

uma partícula mineral, o filme de coletor adsorvido e adequadamente aderido às

superfícies dos minerais que se desejam flotar atua como uma ponte entre a

superfície modificada e as bolhas gasosas, facilitando a expulsão do filme líquido

que envolve a partícula no momento em que ela se aproxima de uma bolha (este

fenômeno é conhecido com afinamento do filme líquido e tem de acontecer com umatal velocidade que no breve instante em que a bolha vê a partícula no meio aquoso a

mesma tenha a oportunidade de se aderir à superfície de forma a tornar o agregado

bolha-partícula estável e, eventualmente, separável pela ação arquimediana de

flutuar na polpa mineral.

Para tornar essa flutuação em flotação, no sentido técnico do termo e, portanto, em

um processo viável sob o ponto de vista de engenharia para separar minerais, as

diversas bolhas, contendo as partículas hidrofobizadas, precisam ser reunidas numaespuma meta-estável e trifásica (ar+água+sólido) que deve ser removida do reator



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por um mecanismo apropriado (mais comumente apenas por transbordo). Isto é

conseguido com a adição proposital de um reagente espumante ou pelo próprio

coletor quando este também possui essa função.

Um outro aspecto muito relevante para o sucesso da flotação é de caráter

probabilístico. Além da brevidade de tempo em que a bolha realmente vê a partícula

mineral (da ordem de grandeza de mili-segundos), o que denota sem dúvida o

caráter cinético do processo de flotação, as populações relativas tanto de bolhas

como de partículas por unidade de volume dentro do reator representam mais um

fundamento do processo. Estas populações, obviamente, ocupam diferentes

espaços no reator de flotação e além da estabilidade do agregado bolha partícula,

pode-se assumir que outras probabilidades também governam o processo. Assim, a

probabilidade da flotação de um dado sistema seria dada pela multiplicação

(produtório) da probabilidade de ocorrência de fenômenos individuais:

P = Pc x Pa x (1-Pd), onde:

P = probabilidade de flotação

Pc = probabilidade de colisão

Pa = probabilidade de adesão

Pd

= probabilidade de destacamento entre partícula e bolha de um agregado já

formado

A probabilidade de colisão depende das condições hidrodinâmicas do sistema,

sendo especialmente influenciada pela distribuição de tamanhos tanto dos sólidos

como das bolhas, pela quantidade relativa destes elementos nos sistemas e pelo

nível de energia do sistema (turbulência).

A probabilidade de adesão depende, dentre outros fatores, da mineralogia, dascondições físico-químicas e das propriedades interfaciais dos sistemas de flotação

assim como da qualidade e quantidade de reagentes presentes.

A probabilidade de destacamento depende primordialmente das condições

hidrodinâmicas. Ela é também afetada pela natureza da adsorção entre os

reagentes (especialmente o coletor) e as superfícies, sendo assim implicitamente

relacionada à força existe entre o coletor e a superfície (que promove a ancoragem

das moléculas de coletor sobre as superfícies minerais).



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2 - Classificação mineralógica na flotação

Os minerais podem ser classificados em grupos que têm respostas similares ao

processo de flotação. Estes grupos não representam, a princípio, classes de

minerais tal como essas classes são empregadas no campo da mineralogia. Assim,

podem-se agrupar os minerais para efeito da aplicação da flotação em:

1. Minerais naturalmente hidrofóbicos (incluindo-se aqui também os carvões

minerais cujos macerais são naturalmente hidrofóbicos na sua maioria);

2. Sulfetos e outros minerais sem oxigênio na sua composição química (como os

metais nativos, por exemplo);

3. Óxidos, hidróxidos e silicatos;

4. Minerais levemente solúveis (fosfatos, sulfatos, carbonatos);

5. Minerais salinos, muito solúveis.

Os minerais de cada um dos grupos acima são processados por flotação de

maneiras distintas que podem ser resumidamente citadas da seguinte forma:

1. Carvões, grafita, talco e molibdenita, que são exemplos de sólidos naturalmente

hidrofóbicos, são flotados com o emprego apenas de espumantes e, em alguns

casos, de reforçadores não-iônicos de hidrofobicidade (óleos neutros, por

exemplo).

2. Sulfetos representam o grupo de minerais no qual o comportamento

eletroquímico (controle de Eh) domina a adsorção de coletores (tio-compostos).

Estes reagentes sofrem reações de oxidação (na maioria dos casos) e mesmo

cadeias carbônicas de pequena extensão são suficientes para tornar as

superfícies dos minerais pertencentes a esse grupo bastante hidrofóbicas.Espumantes são sempre usados uma vez que as cadeias carbônicas dos

coletores são pequenas e esta classe de coletores (tio-compostos) apresenta um

"poder" surfatante pequeno, afetando (muito) pouco a tensão superficial da

interface líquido-gás.

3. Óxidos, hidróxidos e silicatos têm sua flotação quase sempre muito influenciada

pelo pH da polpa. São tornados hidrofóbicos pela adsorção de coletores

aniônicos ou catiônicos de cadeia carbônica grande (em geral no mínimo 10C).

Espumantes podem não ser necessários quando os coletores tambémdesempenham essa função. Depressores orgânicos (poliméricos) e inorgânicos



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são bastante comuns. Outros reagentes modificadores também podem ser

necessários tais como ativadores e dispersantes.

4. A flotação seletiva de minerais levemente solúveis representa, em geral, um dos

maiores desafios da flotação. Os coletores são também de cadeia longa, sendo

mais comumente empregados reagentes de caráter aniônico e também anfótero

(dupla ionicidade). O pH também é uma variável muito importante para a

seletividade em sistemas de flotação que envolvam a flotação de minerais deste

grupo. Espumantes podem ser necessários dependendo do tipo de coletor

empregado. Depressores são sempre necessários.

5. Os sais solúveis basicamente são flotados por coletores catiônicos de cadeia

longa em polpas preparadas com soluções saturadas nos sais em questão para

evitar a dissolução dos minerais que se deseja flotar. Espumantes são

empregados com pouca freqüência e o controle de pH não é exigido na maioria

das vezes como uma variável de controle.

De uma forma genérica pode-se dizer que os sulfetos possuem já uma tendência a

serem naturalmente hidrofóbicos (na verdade, um estrito controle de Eh pode levar à

esta situação, com o aparecimento de enxofre elementar na superfície destes

minerais, sendo esta espécie hidrófoba). Já os minerais que são óxidos, fosfatos,

carbonatos, etc., representam o grupo de minerais mais hidrofílicos e, portanto, são

os que mais consomem reagentes para promover a hidrofobicidade necessária à

flotação.

O nível de seletividade possível de ser atingido para um dado sistema de flotação

depende sobremodo da composição mineralógica do minério. A presença de

minerais de grupos distintos de resposta à flotação tende a facilitar a separação. A

recíproca é verdadeira, ou seja, nos sistemas onde tanto o mineral que se desejaflotar como os principais minerais de ganga pertencem ao mesmo grupo, são os

sistemas mais complexos sob o ponto de vista de aplicação da técnica de flotação.

CLASSIFICAÇÃO DOS MINERAIS PARA A FLOTAÇÃO (alguns exemplosbrasileiros de aplicação atual ou em passado recente)



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Grupo Mineral Fórmula Observações Gerais1 – Naturalmente

hidrofóbicos

• Grafita•

Diamante• Enxofre• Talco• Molibdenita

• C (hexagonal)•

C (cúbico)• S• (Mg3Si4O10(OH)2) • MoS2

Em geral flotam apenas com a

adição de espumante. Óleosneutros (querosene e óleodiesel) podem acelerar aflotação, especialmente no casoda grafita.

1a – CarvãoMineral

• Vitrinita• Fusinita

Carbono orgânico Na grande maioria das vezes osmacerais são naturalmentehidrofóbicos e são flotados como auxílio apenas de espumantese, em alguns casos, óleosneutros. Alguns carvões maisoxidados podem exigir surfantesnão-iônicos além de

espumantes para seremflotados.2 – Sulfetos emetais nativos

• Calcopirita• Millerita• Pirrotita• Pentandlita• Galena• Calcocita• Cobaltita• Bornita• Enargita• Pirita• Covelita• Esfalerita• Estibnita• Cobre• Ouro• Prata• Platina• Arsenopirita

• CuFeS2 • NiS• Fe7S8 • (Fe,Ni)9S8 • PbS• Cu2S• CoAsS • Cu5FeS4 • Cu3AsS4 • FeS2 • CuS • ZnS • Sb2S3 • Cu• Au• Ag• Pt• FeAsS2

Os sulfetos e os metais nativoslistados, quando submetidos áflotação, são normalmentetornados hidrofóbicos com oemprego de coletores da classedenominada tio-compostos, quesão surfatantes de cadeiacarbônica curta (C2 a C6),quando comparados aosdemais coletores empregadosem outras aplicações da

flotação. Com a execeção dealguns poucos sulfetos,destacando-se a esfalerita, nãoé necessário utilizar reagentesativadores. No caso específicoda esfalerita, este mineralsomente flota após ser ativadocom íons metálicos, sendo ocobre o mais comumenteempregado.

É comum o emprego de mais deum coletor na flotação de

sulfetos. Esta prática é aindamais comum na flotação deminérios sulfetados de cobre.

Espumantes são sempreempregados e desempenhamum papel primordial naformação das espumasmineralizadas uma vez que ostio-compostos em geral nãoapresentam propriedadesespumantes face às suas curtascadeias carbônicas.



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Grupo Mineral Fórmula Observações Gerais3 – Sulfatos(Grupo dos

MineraisLevementeSolúveis)

• Barita • BaSO4 Flotado com coletoresaniônicos, da classe dos

sulfatos, normalmente em pHalcalino. No Brasil a principalaplicação de flotação de baritase dá em conjunto com aflotação de fosfatos (Araxá eCatalão).

4 – Carbonatos(Grupo dosMineraisLevementeSolúveis)

• Calcita• Dolomita• Magnesita• Siderita• Ankerita• Rodocrosita• Smithsonita• Cerusita• Malaquita• Azurita• Bastnasita

• CaCO3 • CaMgCO3 • MgCO3 • FeCO3 • Ca(Fe,Mn)CO3 • MnCO3 • ZnCO3 • PbCO3 • Cu2(CO3)(OH)2 • Cu3(CO3)2(OH)2 • CeFCO3

Carbonatos de cálcio, magnésioe mistos (dolomita) podem serflotados com coletoresaniônicos da classe dos ácidosgraxos (incluindo aí aqueleschamados erroneamente poróleos como os derivados de

milho, arroz, uva, soja emisturas destes).

Os carbonatos de cobre sãomuito difíceis de flotar (o mesmode aplica aos óxidos ehidróxidos de cobre). A maioriados minérios de cobre contendocarbonatos (normalmenteminérios marginais) sãonormalmente tratados porlixiviação.

Carbonato de zinco pode serflotado, após sulfetização (comNa2S), tanto com aminas comocom os tio-coletoresnormalmente empregados naflotação de sulfetos.

Grupo Mineral Fórmula Observações Gerais



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5 – Fosfatos(Grupo dosMineraisLevemente

Solúveis)

• Apatita• Wavellita• Xenotima• Monazita

• Ca10(PO4)6(F,OH,Cl)2 • Al3(PO4)2(OH,F)3·5(H2O) • YPO4 • (La,Ce)PO4

Fosfatos, na forma de apatitas,representam uma aplicaçãoextremamente importante daflotação a nível mundial. Os

fosfatos de origem ígnea(normalmente em rochascarbonatíticas) representam noBrasil, uma das áreas maisdesenvolvidas na flotação.Nestas aplicações as apatitassão flotadas com ácidos graxos("óleos" vegetais) e tambémcom coletores sintéticos dasfamílias dos sulfosuccinatos esulfosuccinamatos, assim comocom o emprego de combinaçãode coletores. Os sarcosinatos

são também usados paracoletar apatita.

Amidos são empregados comodepressores de mineraisoxidados de ferro,principalmente, mas também decarbonatos (calcita e dolomita).

Fosfatos de origem sedimentarsão também flotados comácidos graxos, muitas vezescom o auxílio de óleos neutros

(querosene e óleo diesel).Existe também uma aplicaçãode flotação reversa de quartzono caso de fosfatossedimentares, com o empregode aminas.



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Grupo Mineral Fórmula Observações Gerais6 – Fluoretos(Grupo dos

MineraisLevementeSolúveis)

• Fluorita • CaF2 A fluorita é flotada normalmentecom o emprego de ácidos

graxos.

7 – Tungstatos • Scheelita • CaWO4 Mineral normalmente flotadocom coletores aniônicos,inclusive com o emprego dehidroxamatos.

8 – Óxidos,hidróxidos esilicatos

• Hematita• Goethita• Magnetita• Pirocloro• Coríndon• Gibbsita• Cromita• Pirolusita• Romanechita• Rutilo• Cassiterita• Quartzo• Muscovita• Albita• Anortita• Rodonita• Espodumênio

• Calamina• Willemita• Cummingtonita

• Fe2O3 • FeOOH• Fe3O4 • (Na,Ca)2Nb2O6(OH,F)• Al2O3 • Al(OH)3 • FeCr2O4 • MnO2 • (Ba,H2O)2(Mn)5O10

• TiO2 • SnO2 • SiO2 • KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2

• NaAlSi3O8 • CaAl2Si2O8 • (Mn++,Fe++,Mg,Ca)SiO 3

• LiAlSi2O6

• Zn4Si2O7(OH)2.H2O• Zn2SiO4 • Mg7Si8O22(OH)2

Óxidos de metais como Ferro eManganês podem ser flotadoscom coletores aniônicos (ácidosgraxos e sulfatos). Hidroxamatostambém podem ser utilizados.

A cassiterita se distingue comoum dos minerais mais difíceisde tornar hidrofóbico. Oscoletores empregados nestecaso envolvem reagentes comoos ácidos fosfônicos e arsônicos(extremamente tóxicos,especialmente o último). Podeser flotada também comsulfossuccinamatos.

Os silicatos como o quartzo,albita, anortita e também a

muscovita são normalmenteflotados com coletorescatiônicos em pH geralmentealcalino.

O espodumênio pode serflotado com ácido oleico em pHneutro ou lilgeiramento ácido.

A willemita, por exemplo, comotodos os minerais oxidados dezinco, é flotada normalmentecom aminas após sulfetização

com Na2S.

O pirocloro é flotado comcoletores catiônicos (aminas)em pH ácido.

9 – SaisSolúveis

• Halita• Silvita• Carnalita

• NaCl• KCl• KMgCl3·6(H2O)

Flotação seletiva da silvita éconseguida com o emprego deaminas graxas de cadeia longa(C18) em salmoura.

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