• Nenhum resultado encontrado

Utilização de reagentes auxiliares na filtragem.

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Share "Utilização de reagentes auxiliares na filtragem."

Copied!
6
0
0

Texto

(1)

Resumo

Esse trabalho teve como objetivo estudar o efeito de auxiliares químicos de filtragem na formação e desa-guamento de tortas de produtos de finos de minérios de ferro. Foram utilizados um floculante fracamente aniôni-co e dois surfatantes aniônianiôni-cos. Empregou-se uma mon-tagem de laboratório que inclui uma balança interligada a um microcomputador. A tensão superficial foi medida por meio de tensiômetro, usando o método da lâmina. A adi-ção do floculante reduziu significativamente o tempo de formação da torta, aspecto da maior relevância para a operação industrial, porém causou ligeiro aumento na umidade final da torta. A adição de surfatantes propiciou um abaixamento na tensão superficial do filtrado, entre-tanto não levou ao esperado abaixamento significativo da umidade final da torta.

Palavras-chaves: Tensão superficial, filtragem, minério de ferro.

Abstract

The purpose of this study was to investigate the effect of chemical filter aids on the formation and dewatering of cakes of fine iron ore products. A weakly anionic flocculant and two anionic surfactants were utilized. The filtration apparatus employed includes a balance interfaced with a microcomputer. The surface tension was measured by means of a tensiometer, using the plate method. The addition of flocculant caused a significant reduction of the cake formation time, an aspect of major relevance for industrial operation, but a slight increase in the final cake moisture was observed. Both surfactants decreased the values of the surface tension, however the expected significant decrease of the final cake moisture was not achieved.

Keywords: Surface tension, filtration, iron ore.

Utilização de reagentes auxiliares na

filtragem

Charleston de Lellis Pimenta Dias

Curso de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas - UFMG

Lauriston Maciel da Silva

Curso de Pós-Graduação em Engenharia Metalúrgica e de Minas E-mail: lamac_minas@ig.com.br

Antônio Eduardo Clark Peres

Departamento de Engenharia de Minas - UFMG

George Eduardo Sales Valadão

Departamento de Engenharia de Minas - E-mail:gvaladao@demin.ufmg.br

(2)

1. Introdução

A utilização de reagentes auxiliares na filtragem é de grande relevância para a indústria mineral, visto que, para a fil-tragem de finos, esses reagentes tornam-se eficazes, tornam-sendo capazes de influenci-ar importantes pinfluenci-arâmetros medidos na filtragem (porosidade de torta, resistên-cia específica de torta, umidade de torta e taxa unitária de filtragem).

Um dos primeiros trabalhos em que se utilizaram reagentes auxiliares na fil-tragem foi publicado por Silverblatt e Dahlstrom (1954). Eles mostraram que adição de surfatantes Aerosol O.T e Ter-gitol C.W gera tortas com menores umi-dades. Stuart e Nicol (1976) estudaram o efeito de um surfatante aniônico e um catiônico no desaguamento de carvão fino. No caso do surfatante aniônico, foi mostrado que a presença de carga nega-tiva na supefície do carvão impedia uma adsorção significativa desse surfatante; um melhor desempenho na filtragem foi atribuído a esse fato. Para o surfatante catiônico, no entanto, uma significativa adsorção ocorreu na interface sólido/lí-quido; o resultado foi uma pequena re-dução na tensão superficial, gerando pi-ores resultados na filtragem. Pearsen e Allen (1983) demonstraram que o uso de reagentes químicos pode melhorar as características de uma grande variedade de polpas, reduzindo a umidade, mesmo com uma pequena redução na tensão superficial. Stroh e Stahl (1990) estuda-ram a influência de surfatante não iônico e aniônico, em partículas finas. Concluí-ram que houve uma redução significati-va da umidade para as concentrações de surfatantes próximas à concentração mi-celar crítica. Bimal et al. (1997) estuda-ram o efeito de diversos floculantes e surfatantes no desaguamento de finos de minério de ferro. Mostraram que as taxas de sedimentação podem ser me-lhoradas, utilizando-se floculantes apro-priados, e a umidade residual das tortas pode ser reduzida com a escolha de de-terminados surfatantes. Amarante et al. (2002), estudando a influência da adição de surfatantes e floculantes em polpas de minério de ferro, mostraram que hou-ve uma diminuição no tempo de formação com adição de floculante e diminuição da umidade da torta com o surfatante.

O objetivo desse trabalho é estudar o efeito dos floculantes e surfatantes na formação e no desaguamento de tortas em produtos de finos de minério de ferro.

2. Atuação dos reagentes na filtragem

Os reagentes mais comumente utilizados na filtragem são os floculantes e sur-fatantes, que atuam com o objetivo de diminuir a pressão do capilar (pressão mínima para que haja drenagem do poro). Essa teoria pode ser explicada com auxílio da equação de Young Laplace:





 −

=

m SL

LA

d

K

Pc

ε

ε

θ

γ

cos

1

Propriedade de molhabilidade

Estrutura do poro

Stroh e Stahl, 1989

onde Pc é a pressão capilar, γLA , a tensão superficial na interface líquido ar, θSL ,o ângulo de contato, ε, a porosidade da torta, K, a constante característica da forma da partícula (se esférica, K=6) e dm é o diâmetro médio do poro.

Para diminuir o valor dessa pressão capilar, pode-se agir de duas maneiras: modificando a estrutura do poro e/ou alterando as características de molhabilidade. A primeira pode ser modificada com a adição de floculantes, que atuam no sentido de agregar as partículas mais finas, aumentando o diâmetro médio dos poros. A segunda pode ser alterada com a utilização de surfatantes, que podem agir diminu-indo a tensão superficial na interface líquido/ar e/ou aumentando o ângulo de con-tato na interface sólido/liquído.

2.1. Floculantes

Os floculantes utilizados na filtragem são geralmente lineares de cadeia longa e solúveis em água. Os floculantes comerciais normalmente utilizadas são poliacrila-midas, cujas fórmulas típicas estão apresentadas na Figura 1. As poliacrilamidas não iônicas e aniônicas são amplamente usadas em aplicações no setor mineral, podem

Figura 1 - Estruturas típicas das poliacrilamidas.

NH2 NH2

x CH

C O CH2

O C CH CH2

O C

Na 0

CH CH2

y CH3 CH3

CH3 N CH

R

y Cl CH2

Policrilamida

Não iônica

(3)

ser fabricadas com pesos moleculares muito altos (5 a 15 x 106) e são capazes de

formar flóculos grandes de rápida sedi-mentação e boa compactação. As polia-crilamidas catiônicas são raramente usa-das na mineração devido a seu alto cus-to e baixo peso molecular (2 a 6 x 105) e

dificuldade no armazenamento (Adams et al., 1986).

• Atuação dos Floculantes

Os principais mecanismos envolvi-dos na agregação, quando se utilizam polímeros, são apresentados nas Figu-ras 2 e 3. O mecanismo com formação de pontes ocorre somente com polímeros de peso molecular elevado e não requer uma carga oposta às partículas. Esse tipo é ilustrado na Figura 2. O mecanis-mo com neutralização de carga ocorre

com polímeros de baixo peso molecular, densidade de carga elevada e com car-gas contrárias às partículas, o que é apre-sentado na Figura 3.

2.2. Surfatantes

A molécula do surfatante caracteri-za-se por um caráter duplo: um ou mais grupos hidrofílicos (sulfonato, sulfato, carboxilato, etoxilato, entre outros) e um grupo hidrofóbico (cadeias hidrocarbô-nicas). Alguns surfatantes são tensioa-tivos, isto é, podem ter influência sobre a tensão superficial do líquido. Há, nes-se caso, uma acumulação de moléculas na superfície do líquido, reduzindo as forças de coesão existentes nessa su-perfície, causando o abaixamento da ten-são superficial.

O surfatante mais comumente usa-do como auxiliar de filtragem é usa-do grupo sulfossuccinato que tem a seguinte fór-mula estrutural:

CH2COOR

CHCOOR

SO3 Me

onde R é o grupo hidrocarbônico e Me+

pode ser o Na+ ou o K+. O maior

compli-cador com o uso do sulfossuccinato ain-da está na tendência de formar espuma, que pode representar um problema ope-racional no circuito de processamento.

• Atuação dos surfatantes

Pode-se dizer que existem dois

me-Figura 3 - Etapas envolvidas na formação do coágulo (mecanismo com neutralização de carga).

Adsorção do floculante com formação de sítios carregados

Adição de flo culante Formação do coágulo

Figura 2 - Etapas envolvidas na formação do flóculo (mecanismo com formação de pontes).

(4)

canismos principais de atuação dos sur-fatantes no desaguamento de polpas aquosas:

i. Atuação na interface sólido/líquido, tornando a superfície do mineral hi-drofóbica. De acordo com a equação de Dupre-Young:

)

cos

1

(

SL

LA SL

Wa

=

γ

+

θ

onde WaSL é o trabalho de adesão

sóli-do/líquido. Note-se que à medida que o ângulo de contado aumenta menor é o trabalho para separação das duas fases. A Figura 4 mostra uma superfície em que não houve adsorção de surfatante (hi-drofílica) e outra com adsorção de surfa-tante (hidrofóbica).

ii. Atuação sobre a interface líquido/ar, diminuindo a tensão superficial, como mostrado na Figura 5. Há, nesse caso, uma diminuição nas forças que retêm

a água nos capilares da torta (descen-são capilar hCMC < hC1). À medida que se aumenta a concentração na interfa-ce, há uma diminuição na tensão su-perficial do líquido (poro C=C1), que ocorre até que se atinja uma monoca-mada (poro C = CMC) denominada con-centração micelar crítica. Após essa concentração (poro C > CMC), come-çam a se formar micelas, que são agre-gados reversíveis de moléculas na solução.

Figura 4 - Influência da adsorção de surfatante no grau de hidrofobicidade na superfície da partícula.

Deslocamento Ar

Água Ar

Água Espalhamento

a)Sem adsorção de surfatante b)Com adsorção de surfatante

γSA

γSA

θSL

γSL

γLA γLA

θSL

γSL

Figura 5 - Influência da adsorção de surfatante no abaixamento da tensão superficial mostrada em um capilar.

γ(di

n

a

/cm

)

γ(ág u a)

Γ(mo

l

es

r

ea

)

L n ( c on c e n tr a ç ão )

γ(d in a/ c m)

Γ(m ol e s/ ár e a)

C 1 CM C

h

C1

h

CMC

(5)

3. Materiais e

métodos

A amostra é proveniente do pro-cessamento de minério de ferro do Qua-drilátero Ferrífero (MG) e representa um subproduto da operação do Terminal Marítimo da ilha de Guaíba (RJ). Essa amostra foi caracterizada em termos quí-micos e granulométricos. As principais características e composição química da amostra são mostradas nas Tabelas 1 e 2, respectivamente.

Os ensaios de filtragem foram reali-zados por meio do Funil de Büchner, con-forme mostrado na Figura 6. O funil de Büchner, com 115 mm de diâmetro, é fixa-do em um suporte e conectafixa-do a um fras-co de filtrado, que se enfras-contra posicio-nado sobre uma balança eletrônica co-nectada ao computador para aquisição de dados. A percentagem de sólidos uti-lizada nos ensaios foi 65% e o elemento filtrante constituído por tecido de mo-nofilamento de poliamida.

Reagentes utilizados: um floculan-te comercial fracamenfloculan-te aniônico Flonex 9076/Floeger); dois surfatantes (CP00DA38/Nalco, denominado surfa-tante 1 e Aerodri 100/Cytec, denomina-do surfatante 2); NaCl (PA) e HCl (PA).

As medidas de tensão superficial foram realizadas por meio de um tensiô-metro marca KRUSS modelo K10ST, uti-lizando-se o método da lâmina.

4. Resultado e

Discussão

A Figura 7 mostra que o aumento na dosagem de floculante provoca uma diminuição significativa no tempo de for-mação, aumentando, porém, a umidade final da torta. Esse aumento na umidade final da torta pode ser explicado pela água retida no interior do flóculo.

A Figura 8 mostra que a adição dos surfatantes 1 e 2 provocou um abaixa-mento na tensão superficial do filtrado, entretanto o mesmo efeito não foi tão evidente com relação ao abaixamento da umidade. Isso pode ser explicado devi-do ao surgimento de trincas na torta, ocasionando queda no vácuo.

Tabela 2 - Composição química da amostra.

Fe (%) SiO2 (%) Al2O3(%) Mn(%) P(%)

64,7 2,12 2,38 0,335 0,074

Tabela 1 - Características da amostra.

> 148 µm

(%)

< 52 µm

(%)

< 9 µm

(%)

Massa Específica

(g/cm3)

Índice de Blaine

(cm2/g)

13,69 70,50 21,31 4,67 2693

Figura 6 - Montagem de filtragem.

D a t a 1 1 / 1 2 / 2 0 0 1 P e s o T e m p o 0 . 5 1 2 : 2 2 : 1 0 0 . 8 1 2 : 2 2 : 1 1 2 . 9 1 2 : 2 2 : 1 2 5 . 0 1 2 : 2 2 : 1 3 7 . 8 1 2 : 2 2 : 1 4 1 0 . 9 1 2 : 2 2 : 1 5

V t /v

1 0 . 55

Funil

Filtrado

Balança Válvulas

de vácuo

Bomba de vácuo Computador

Man ômet ro

Válvula do funil

Figura 7 - Curva de desaguamento em diversas concentrações de floculante. 10

15 20 25 30 35 40

0 50 100 150 200 250 300 350 400

Te m po (s )

Um

id

a

d

e

(%

)

(6)

Figura 9 - Efeito dos surfatantes 1 e 2 no tempo de formação da torta. 200 220 240 260 280 300

0 20 40 60 80 100

Dos age m (g/l)

T e m p o F o rm ação ( s )

Surfatante 1 Surfatante 2

Figura 10 - Efeito da adsorção dos surfatantes na partícula no potencial zeta.

dis tâ ncia d a su p e rfíci e P ote n ci al z e ta c o m su rf ata n te

P la n o d e G o uy P la n o d e S te r n

P la n o d e ci sa lh a m en to

S u p e rfí c ie d a p a rtíc u la A R S O L U Ç ÃO

Du pl a ca m a da elé tr ic a

A um en to d o po te n cia l z e ta co m ad i çã o do su rfa tan te

P ot enc ia l 1 1 2

2P ote n ci al z e ta s e m su rf ata n te

A Figura 9 mostra que ocorre um aumento no tempo de formação da torta quando se aumenta a dosagem dos sur-fatantes 1 e 2. Esse aumento no tempo de formação da torta pode ser explicado pela perda de permeabilidade da torta devido à adsorção do surfatante, como ilustrado na Figura 10. Nesse caso, os surfatantes aniônicos podem estar ad-sorvendo em partículas carregadas ne-gativamente através dos sítios positivos da partícula ou por meio de agentes de ligação. Essa adsorção produz um au-mento no potencial zeta, tornando a pol-pa mais dispersa.

5. Conclusões

• A adição do floculante causou uma diminuição significativa no tempo de formação da torta, aumentando, no en-tanto, a umidade final da torta.

• A adição dos surfatantes 1 e 2 gerou abai-xamento na tensão superficial do filtrado, sem haver redução da umidade da torta.

• Houve um pequeno aumento no tem-po de formação da torta, com a adição dos surfatantes 1 e 2.

6. Agradecimentos

Os autores agradecem ao CNPq e CAPES, pelas bolsas de mestrado rece-bidas por dois dos autores, e a Minera-ções Brasileiras Reunidas - MBR, pelo apoio e cessão de amostras minerais.

7. Referências

Bibliográficas

ADAMS, R.W. et al. Floculantes y ayudas para drenado o filtrantes. In: ADAMS, R.W. et

al. Manual de productos químicos para

minería. Edição revisada. Cyanamid, 1986.

Cap. 4, p. 132-144.

AMARANTE, S.C., ARAUJO, A.C., VALADÃO, G.E.S., PERES, E.C. Cake dewatering of some iron ore products

industrial. Minerals & Metallurgical

Processing, v.19, n.3, p. 161-164, April 2002.

BIMAL, P., SINGH, BERSRA L. The effect of flocculants and surfactants on the filtration

dewatering of iron ore fines. Separation

Science and Technology, v.32, n.13, p.

2201-2219, 1997.

NICOL S.K. The Effect of surfactants on the

dewatering of fine coal. Proc Australas.

Inst. Min. Metall. n. 260, p. 37-44, Dec. 1976.

PEARSE, M.J., ALLEN A.P. The use of

flocculants and surfactants in filtration of

mineral slurries. Filtration & Separation.

v. 20, p. 22-27, Jan. 1983.

SILVERBLATT, C.E., DAHLSTROM, D.A.

Moisture content of a fine-coal filter cake.

Industrial & Engineering Chemical Research, v.6, n.6, p.1201-1207, 1954.

STROH, G., STAHL, W. The effect of surfactants

on the filtration properties of fine particles.

Filtration & Sepatation. Alemanha: Fitration Society, Sep. 1989. p. 197-199.

Artigo recebido em 05/05/2003 e aprovado em 22/10/2004. Figura 8 - Influência da dosagem do surfatante 1 e 2 na tensão superficial do filtrado e umidade da torta.

12,90 12,66 12,47 12,51 45,18 44,03 43,35 72,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 30 60 90

S ur fa ta nte 1 (g/t)

U m idade (% ) T ensão superficia (dina/cm )l

12,90 12,60 12,64 12,57 43,63 40,25 39,28 72,00 0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 30 60 90

S urfa ta nte 2 (g/t)

Imagem

Figura 1 - Estruturas típicas das poliacrilamidas.
Figura 3 - Etapas envolvidas na formação do coágulo (mecanismo com neutralização de carga).
Figura 4 - Influência da adsorção de surfatante no grau de hidrofobicidade na superfície da partícula.
Tabela 1 - Características da amostra.
+2

Referências

Documentos relacionados

Na primeira, pesquisa teórica, apresentamos de modo sistematizado a teoria e normas sobre os meios não adversarias de solução de conflitos enfocados pela pesquisa, as características

Purpose: This thesis aims to describe dietary salt intake and to examine potential factors that could help to reduce salt intake. Thus aims to contribute to

The presence of cellulose acetate contributed considerably to the increase of specific surface area in carbonized samples comparing with HPC derived samples.

Com a investigação propusemo-nos conhecer o alcance real da tipologia dos conflitos, onde ocorrem com maior frequência, como é que os alunos resolvem esses conflitos, a

13 Além dos monômeros resinosos e dos fotoiniciadores, as partículas de carga também são fundamentais às propriedades mecânicas dos cimentos resinosos, pois

Depois de considerar a confidência, conteúdo, distribuição, e assuntos de oportunidade associadas com a distribuição de um relatório, um controlador pode, então,

No código abaixo, foi atribuída a string “power” à variável do tipo string my_probe, que será usada como sonda para busca na string atribuída à variável my_string.. O

[r]