Materiais e métodos

3.2.1.1. Espécies minerais

As espécies minerais utilizadas foram hematita, fornecida pela Mina de Casa de Pedra (CSN Mineração, Congonhas - MG, Brasil) e quartzo, coletada no município de Turmalina (MG). As amostras minerais consistiram de cristais bem formados com dimensões em torno de 5 cm. Inicialmente, as amostras foram fragmentadas com o auxílio de um martelo manual para atingir o tamanho máximo de 0,5 cm. Um almofariz de porcelana com pistilo foi usado para produzir partículas com tamanhos na faixa de -150 +75 µm. Os resultados das análises químicas por fluorescência de raios-X (FRX) são mostrados na Tabela 3.1, indicando que o grau de pureza satisfaz o requisito para as execuções experimentais.

Tabela 3.1 – Análise de Fluorescência de Raios X de amostras de hematita e quartzo. Hematita – Porcentagem na amostra (%)

Fe Al2O3 SiO2 Mn P Cu Sr

90,883 5,224 3,274 0,315 0,228 0,046 0,03

Quartzo - Porcentagem na amostra (%)

SiO2 Al2O3 Ge Ni

96,988 2,268 0,425 0,319

Fonte: Próprio autor.

3.2.1.2. Sistemas microemulsionados e nanoemulsionados

Os produtos químicos utilizados para obtenção dos sistemas microemulsionados e nanoemulsionados foram: sistema alquil éter monoamina (tensoativo; Flotigam EDA- Clariant), amido de milho de alta pureza (depressor), querosene (fase oleosa; Petrobrás), álcool n-butílico (co-tensoativo; Pró-Análise, 99%) e água destilada (fase aquosa), utilizados sem qualquer purificação adicional. Para o ajuste do pH dos sistemas microemulsionados e nanoemulsionados, antes dos testes de flotação, foram utilizadas soluções de NaOH a 0,5 M (CRQ, 98%) e HCl a 0,5 M (VETEC, 37%).

A região de microemulsão dentro do diagrama de fases pseudoternário foi determinada por titulação. Primeiro, determinou-se o ponto máximo de solubilidade da matéria ativa (tensoativo (T) + co-tensoativo (C)) na fase aquosa. Num frasco de vidro, pesaram-se 2 g de

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matéria ativa utilizando uma relação C/T constante, variando entre 0,5 e 4, à temperatura ambiente (27 °C). A matéria ativa foi titulada gota a gota com a fase aquosa até se obter a transição da aparência clara para turva. O frasco foi pesado e a quantidade de solução aquosa adicionada ao sistema foi determinada neste ponto final de titulação. A solução de titulante foi preparada adicionando 10% em peso de água acima do ponto final de titulação (endpoint). Nove misturas (2 g) com diferentes proporções de matéria ativa + fase oleosa (10 a 90% em peso) e nove misturas de fase aquosa + fase oleosa (10 a 90% em peso) foram tituladas gota a gota com o titulante até atingirem uma aparência turva. Os frascos contendo os sistemas foram pesados e a quantidade de titulante foi determinada. O diagrama de fases pseudoternário foi, assim, construído pela representação gráfica das quantidades de fase aquosa, fase oleosa e fase co-tensoativo/tensoativo utilizadas em cada experiência. Para obter os diagramas pseudoternários com amido de milho, utilizou-se uma solução aquosa de amido de milho como fase aquosa (10 e 100 ppm; relação C/T = 1). Os sistemas microemulsionados (MS) usados para realizar os experimentos de microflotação de quartzo e hematita foram compostos por (% em peso): (i) 85,5% de água, 0,5% de querosene, 7% Flotigam EDAe 7% de álcool n-butílico, C/T = 1; e (ii) 79,5% de água, 0,5% de querosene, 10% Flotigam EDAe 10% de álcool n-butílico, razão C/T = 1. Esses sistemas foram selecionados por conter uma grande quantidade de fase aquosa e uma pequena quantidade de matéria ativa.

Para produzir o sistema nanoemulsionado, o sistema microemulsionado descrito no item (ii) foi diluído para atingir a concentração desejada de tensoativo, de acordo com a metodologia descrita por Bellocq e Roux (1987). Primeiro, os sistemas microemulsionados (100 mL), com e sem amido de milho, foram obtidos em um béquer de 150 mL, adicionando os componentes em um processo de duas etapas. Na primeira etapa, a matéria ativa (tensoativo + co-tensoativo) foi misturada a 500 rpm por 10 min. Em seguida, no segundo passo, os demais componentes da microemulsão foram adicionados (500 rpm, 10 min). Para obter a nanoemulsão, empregou-se uma metodologia de baixa energia. Adicionou-se água lentamente ao sistema microemulsionado, sob agitação constante (500 rpm). Cinco sistemas nanoemulsionados com concentrações variadas de tensoativos foram obtidos (10, 25, 50, 75 e 100 ppm). A escolha desses sistemas foi baseada na relação entre tensão superficial e concentração de tensoativo, sempre buscando um sistema estável. A tensão superficial foi medida usando um tensiômetro SensaDyne (QC6000), a 27 °C. As estabilidades em tempo real dos sistemas de nanoemulsão, com e sem adição de amido de milho, foram verificadas por testes de armazenamento em longo prazo (seis meses), a 27 °C e luz natural (KALE & DEORE, 2017). Após um longo período de armazenamento, a separação de fases não foi

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observada. O tamanho das gotas e a distribuição de tamanho de partículas (PSD) para microemulsões e nanoemulsões foram obtidos usando um Nanotrac NPA252 (Microtac), em triplicata. Tamanhos de gotículas entre 10-100 nm e a presença de apenas um único pico estreito são esperados para microemulsões. Para nanoemulsões, o tamanho das gotículas em uma faixa mais ampla entre 20-500 nm e picos únicos ou múltiplos, que podem ser estreitos ou amplos, podem ser observados (MC CLEMENTS, 2012).

3.2.2. Métodos e condições experimentais, aparelhos e cálculos

Os testes de microflotação foram realizados em tubo de Hallimond modificado de 320 mL, originalmente desenhado por Hallimond e modificado por Fuerstenau, Metzger e Seele (1957). Utilizou-se um agitador magnético para promover a mistura completa dos reagentes em suspensão, sem ocorrência de arraste hidrodinâmico, a um fluxo de ar constante (60 mL/min), para garantir uma operação eficiente do aparelho. A Figura 3.1 ilustra um diagrama esquemático do aparato experimental e como a adição de materiais foi realizada.

Figura 3.1 – Diagrama esquemático da célula de microflotação com indicação da adição de materiais.

Fonte: Próprio autor.

Nas execuções experimentais, quartzo e hematita foram utilizados separadamente com sistemas de solução coletora, microemulsão e nanoemulsão com e sem a adição de depressores e/ou modificadores de pH. O pH da polpa, a amostra mineral (1,0 g) e a solução de coletor, microemulsão ou nanoemulsão (V = 100 mL) foram ajustados às condições / valores requeridos e, em seguida, condicionados por 5 min sob agitação constante. Após a agitação, o ar foi borbulhado através da placa porosa, localizada na base do tubo de Hallimond, por 1 min (60 mL/min). A Tabela 3.2 resume as condições operacionais usadas nos experimentos e a Tabela 3.3 mostra as condições experimentais, composições, tamanhos de gotas e PSD dos sistemas utilizados nos testes de microflotação. O produto flotado após

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secagem em estufa a 100 °C até peso constante (mf), e a massa inicial (mi) foram utilizados no

cálculo da flotabilidade, conforme a Equação 3.1. ( ) [( )

( )]

(3.1)

Tabela 3.2 – Condições operacionais usadas nos experimentos de microflotação.

Parâmetros Condições operacionais

Amostra mineral 1 g

Tempo de condicionamento 5 min

Tempo de flotação 1 min

Vazão de ar comprimido 60 mL/min

Granulometria -150 +75 µm

Volume de microemulsão Volume de nanoemulsão Volume de solução de Flotigam EDA

100 mL 100 mL 100 mL

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Tabela 3.3 – Condições experimentais e composição dos sistemas utilizados nos experimentos de microflotação.

Estudos Condições experimentais

Efeito do pH dos sistemas no processo de microflotação pH 5 – 12 Microemulsão Sistema 1 Sistema 2 Álcool n-Butílico 70.000 ppm 100.000 ppm Flotigam EDA 70.000 ppm 100.000 ppm Querosene 5.000 ppm 5.000 ppm Tamanho da gota 13,31 nm 13,38 nm

PSD Pico estreito único Pico estreito único Nanoemulsão Álcool n-Butílico 30 ppm Flotigam EDA 30 ppm Querosene 0,0015 ppm Tamanho da gota 215,80 nm PSD Picos múltiplos (≥2) Análise da flotabilidade de quartzo e hematita com solução de coletor e nanoemulsão

Solução Coletora Concentração (ppm)

Flotigam EDA 5 – 50 Nanoemulsão Concentração (ppm) Álcool n-Butílico 5 – 50 Flotigam EDA 5 – 50 Querosene 0,005 – 0,05 Análise da depressão de hematita com amido de milho Nanoemulsão Concentração (ppm) Álcool n-Butílico 30 Flotigam EDA 30 Querosene 0,0015 Amido de milho 0 – 100 Análise de diferentes concentrações de amina e amido de milho na capacidade de flotação de quartzo Nanoemulsão Concentração (ppm) Álcool n-Butílico 10 – 100 Flotigam EDA 10 – 100 Querosene 0,01 – 0,1 Amido de milho 0 – 100

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