A V ANÇOS NA FLOTAÇÃO DE FINOS DE MINÉRIOS SULFETADOS DE COBRE E MOLIBDÊNIO

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• A V ANÇOS NA FLOTAÇÃO DE FINOS DE MINÉRIOS

SULFETADOS DE COBRE E MOLIBDÊNIO

Fabiano Capponi, Elves Matiolo, Jailton da Rosa e Jorge Rubio

Laboratório de Tecnologia Mineral e Ambiental -Departamento de Engenharia de Minas - PPGEM Universidade Federal Do Rio Grande Do Sul. Av. Osvaldo Aranha 99/512

90035-190- Porto Alegre- RS

j rubio@u frgs. br ; http:/ /www .lapes.u frgs. br/Laboratorios/ltm/Itm.html Gabriel Berkowitz e Carlos Pérez,

Codelco-Chile. gberkowi@im2.codelco.cl

O trabalho inclui uma análise detalhada de três técnicas não convencionais em P&D na flotação de partículas minerais finas ("F" 38 a 13 flm) e ultrafinas ("UF" < 13 flm) e apresenta resultados comparativos na recuperação de sulfetos de cobre e molibdênio, em escala de laboratório. O trabalho também inclui uma análise do estado da arte na flotação de partículas minerais finas e ultrafinas com ênfase no potencial de novas alternativas práticas e de P&D. Foi estudado o Condicionamento em Alta Intensidade (CAI) como etapa pré flotação, a flotaÇão "Extender" (extensora, com óleos emulsificados) e flotação com injeção de bolhas de diâmetro menor às produzidas pelas células convencionais de flotação. Os resultados, expressos em termos de recuperações e teores totais de Cu e Mo e cinéticas, foram comparados com o ensaio "Standard" da empresa que processa os sulfetos. Ainda, foram avaliados esses parâmetros por faixa granulométrica no intervalo de interesse(< 40 micrômetros) utilizando micropeneiras. Todas as técnicas estudadas apresentaram melhora na recuperação e cinética de flotação e os resultados foram interpretados em termos da otimização da "captura" de partículas por bolhas. No caso do CAI e da flotação com bolhas de diâmetros menores, a recuperação global de Cu foi entre 2-3 % superior ao Standard e a de Mo de l-2 %. A flotação "extender" usando óleo Diesel emulsificado (> 60 g·f1) as recuperações de Cu variaram entre 85-90% (84% no Standard), 14-17% Cu Teor (15% Cu no Standard) e 3.5-4.5 min-1 para a constante cinética (modelo de Klimpel) comparada com 3 min-1 no Standard. Dados por fração granulométrica comprovaram aumentos na performance metalúrgica, atribuídos a maior recuperação dos finos e ultrafinos. Os resultados são discutidos em termos dos parâmetros físicos, químicos e físico-químicos envolvidos na agregação e captura das partículas e, em particular, do potencial destas técnicas no tratamento de finos de minérios, um problema antigo na área de tecnologia mineral.

Palavras-chave: Flotação de minérios, finos, ultrafinos, sulfetos de cobre e molibdênio.

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INTRODUÇÃO

O tratamento de partículas minerais finas ("F" 38 até I 3 pm) e ultrafinas (UF < I 3 pm), constitui um dos principais problemas da mineração atual. Estima-se que 113 da produção mundial de fosfatos, 1/6 da de cobre, 115 da de tungstênio, 112 da produção boliviana de estanho, 111 O da produção americana de ferro, junto com milhões de toneladas de outros minerais são perdidas nestas frações (Subrahmanyam e Forssberg, 1990; Rosa, I 997).

O problema de recuperação de frações finas e ultrafinas tem sido analisado exaustivamente e diversos autores (Collins e Read, 197 I; Trahar, I 98 I; Sivamohan, I 990) têm demonstrado as dificuldades encontradas no processamento destas partículas, decorrentes de suas características inerentes, ou seja, pequena massa, superfície específica elevada e alta energia superficial. As alternativas para o aumento de recuperação de F-UF são diversas e apresentam um grau diferenciado de eficiência. As existentes são baseadas em novos conceitos de diminuição da geração, em planta, de finos e ultrafinos, da otimização da "captura" de partículas por bolhas e do aumento do tamanho das partículas problema. As técnicas com maior potencial são as que empregam CAI seguida de flotação transportadora e/ou autotransportadora, tratamento fracionado por tamanhos, flotação "rougher flash" ou "unit", flotação com maior "hold up" de ar, flotação "extender" otimizada (com óloes emulsfificados), com uso de bolhas (com ou sem modificação de carga) de menor tamanho em células convencionais e novos desenhos de plantas de tratamento de rejeites.

As alternativas para redução da geração de F-UF em planta são possíveis pelo controle e otimização da britagem, moagem e estágios de remoagem, classificação da alimentação, separando as F-UF das frações grossas e introdução de flotação rápida, "Unit" ou "Rougher-Flash", com colunas de flotação de "alto teor" ( enriquecedoras).

No CAI o objetivo é provocar a agregação hidrofóbica e posterior flotação através do condicionamento da polpa pré flotação em regime de alta turbulência. A potência otimizada para a obtenção dos parâmetros metalú_rgicos é da ordem de 2 a 3 kwh·m·3 de polpa. O êxito deste processo é função (entre outros) da eficiência desta agregação por adesão das frações F-UF na superfície de partículas maiores e com maior flotabilidade entre si. Dentre os fenômenos que ocorrem no CAI destaca-se a adesão "provocada" das partículas finas entre si ou na superfície das partículas maiores (médias). Esta adesão se obtém através da agitação intensa que permite otimizar as colisões efetivas causando a "agregação" das frações F-UF na superfície das maiores. Se as maiores são de composição mineralógica diferente, o processo de flotação se conhece como transportadora (autotransportadora se são da mesma espécie). Em condições de alto cisalhamento, as próprias finas e ultrafinas se agregam entre si pelo processo de homoagregação por efeito hidrofóbico.

No processo de flotação extender, óleos não polares são utilizados como tal ou na forma de emulsão (para aumentar sua difusão em solução aquosa) em concentrações da ordem de 20-100 g·f1 juntamente com os coletores tradicionais. A palavra "extender" refere-se ao fenômeno de espalhamento do óleo em superfícies hidrofóbicas causando um aumento significativo na hidrofobicidade das partículas. Em relação aos microfenômenos que operam, é importante destacar que a característica mais marcante no uso de óleos não é a adsorção e sim uma "interação" entre gotas e partículas. Como as gotas são hidrofóbicas (portanto insolúveis em água), a interação ocorre por forças hidrofóbicas com as partículas que já possuem coletor e inclui etapas de

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•

resolver o problema de tamanho e flotação incipiente.

Outra forma de aumentar a captura de partículas F-UF consiste em usar bolhas mais finas que as normalmente produzidas pelas células convencionais. As alternativas neste sentido têm por meta ampliar a

distribuição de tamanho das bolhas gerando frações com bolhas com diâmetros entre 300-600 f.lm ou menores.

Ainda esta técnica visa aumentar o valor de Sb, o fluxo superficial de bolhas, ou taxa de área superficial de bolhas por área de seção de equipamento. As bolhas geradas nas células convencionais variam de diâmetro no

intervalo de 600-2000 ~tm, dependendo da tensão superficial líquido/ar. Em alguns casos são reportados

resultados nos quais se mostra que as bolhas menores(< 600 f.lm), são arrastadas para o rejeito e não participam do sistema.

Este trabalho teve por objetivo comparar, em escala de laboratório, o ensaio de flotação standard da

empresa que processa os sulfetos, com três diferentes técnicas não convencionais de flotação: o CAI como etapa de condicionamento da polpa pré-flotação; a flotação "extender" com o uso de óleos emulsificados e a flotaçã.o com injeção de bolhas com diâmetro inferior às produzidas pelas células convencionais de flotação. A comparação dos resultados foi realizada através da recuperação de cobre e molibdênio e constante cinética (modelo Klimpel). A análise inclui ainda uma avaliação por faixa granulométrica da fração de interesse(< 40 f.lm), utilizando peneiras especiais (micropeneiras).

EXPERIMENTAL

Materiais

Minério. Foi utilizada uma amostra de cobre sulfetado contendo 33% da massa e em tomo de 37% do

cobre total nas frações finas e ultrafinas. A Figura I e a Tabela I mostram a distribuição mássica e de cobre

(0,94% de Cu) por faixa granulométrica na amostra da alimentação. A fração <200 f.lm foi "micropeneirada" em peneiras Retsch modelo USG. A eficiência deste método foi avaliada usando um granulômetro à laser (CILAS).

Tabela I. Distribuição mássica e de cobre na amostra da alimentação Distribuição de massa por tamanho

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Figura l. Distribuição de massa e de cobre na amostra, usando peneiras comuns e micropeneiras.

Reagentes. Foram utilizados coletores e mistura de espumantes convencionais para minérios sulfetados

de cobre, leite de cal para regular o pH em 10,5 e SF 113 (Isopropil xantato de sódio) como coletor dos minerais

portadores de cobre na concentração de 25 g-f1• O espumante utilizado (20 g·f1) foi uma mistura de DF 250 (um

propileno glicol), MIBC (meti! isobutil carbinol) e óleo de pinho. Para os ensaios "extender" foi utilizado óleo

diesel comercializado nos postos de combustíveis de Porto Alegre, com densidade de 0,831 g·cm·3, 38,82 graus

API e viscosidade de 4,5 cp (mPa-s).

Métodos

Ensaio Standard. Os ensaios foram realizados em uma célula Denver de laboratório com capacidade

de 3 litros. A polpa (contendo 38% de sólidos em peso e com pH em 10,5) foi condicionada com os coletores e

espumantes durante 3 minutos para difusão dos reagentes à 1000 rpm. Foram coletados os concentrados nos

minutos 1, 3, 5, 7 e 9 usando um raspador mecânico para coleta da espuma e mantendo-se o volume da polpa

constante. As amostras (concentrados e rejeitos) foram filtradas, secas, homogeneizadas, quarteadas, pesadas e a

análise de cobre e molibdênio foi feita por absorção atômica.

CAI. Os ensaios foram realizados seguindo o procedimento standard, substituindo-se a etapa de

condicionamento convencional por uma de alta turbulência, obtido com a introdução de bajjles na mesma célula

de flotação e com o aumento da rotação do rotor de 1000 para 1400 rpm. A variável estudada foi a energia

transferida a polpa expressa em kWh·m·3 de polpa e transformada em tempo de condicionamento como mostra a

Tabela 2. Essa energia foi medida anteriormente com o auxílio de um Watímetro (Valderrama, 1997).

Tabela 2. Tempo de condicionamento da polpa nos ensaios com CAI

---·Ensaio Tempo de condicionamento, s

CAI 1 kWh·m·3 de polpa 96 CAI 2 kWh-m-3 _{de polpa} ₁₉₂ CAI 3 kWh·m·3 de polpa 288 CAI 4 kWh-m-3 de polpa 384

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adicionadas em alíquotas correspondentes a concentração desejada, ap•• .1 adição dos coletores. As

concentrações utilizadas foram de 30, 60, 90 e 120 g-f1• Para garantir uma emulsão completa e homogênea do

diesel em água, esta foi preparada com um '"Turrax" (agitador emulsificador de alta rotação) com uma rotação de

25000 rpm durante I O minutos.

Flotação com "multibolbas". O termo .. multibolbas" refere-se à mistura das bolhas geradas pela

pró pia célula de flotação ( 600 - 2000 JlDl) e a injeção de microbolhas (MB - bolhas de F AD com diâmetro entre

30-70 J.Ull) ou bolhas de tamanho intermediário (BI - 70 - 200 J.lm). As bolhas foram injetadas em diferentes

tempos e volumes (Tabela 3) juntamente com as bolhas geradas pela própria célula. As MB foram geradas a

partir de soluções aquosas previamente saturada com ar a uma pressão de 4 kgf·cm-2 em um vaso saturador.

Bolhas de tamanho intermediário (BI) foram geradas pela passagem de água contendo 20 mg·L-1 de espumante a

pH I 0,5 por um misturador estático_ A distribuição de tamanho de bolhas foi feita utilizando uma nova técnica

de medidas (Rodrigues e Rubio, 2003).

Tabela 3. Condições experimentais dos ensaios de flotação com ''multibolhas"

MB I 400 100 100 100

MB2 200 50 50 50

Foram analisados os teores de cobre e molibdênio nos concentrados e rejeitos e a eficiência de cada técnica foi avaliada pela recuperação de cobre e molibdênio, e constante cinética (modelo de Klimpel). Finalmente, para avaliar a performance da flotação nas frações finas e ultrafinas, foi investigada a recuperação

nas frações > 40 J.liD, 40-15 J.lm, 15-5 J1ID e< 5 J.liD. A separação das frações foi realizada com micropeneiras

Retsch modelo USG.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Flotação Standard

A Figura 2 mostra a cinética de flotação para sulfetos de cobre com recuperações da ordem de 84-85%. Na Figura 3 é mostrada a cinética de flotação para sulfetos de molibdênio (Mo) com recuperações de 72%. Esses resultados mostram que o desvio padrão foi muito pequeno no caso da flotação de sulfetos de Cu e maiores para o Mo. Isto é devido aos problemas analíticos derivados do baixo teor de Mo nas amostras de alimentação.

Estudos CAI

Na Figura 4 são mostradas as recuperações de cobre e molibdênio respectivamente em função da

quantidade de energia transferida à polpa e na Figura 5 são mostrados os resultados para a constante cinética em

(6)

100 90 ~ ₈₀ ~-.o ₇₀ o u 60 <!)

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Tempo de Flotação, min

Figura 2. Cinética de flotação de sul fetos de Cu

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Figura 4. Recuperação metalúrgica por flotação versus energia transferida à polpa com CAI

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Tempo de Floração, min

Figura 3. Cinética de flotação de sul fetos de Mo

4,2 ü 0- ₃_,₉ § :;;;: ~ "7

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3,6 E i .<:> o u 3,3 -"' 3,0 c __ o 2 CAl kwh.m-3

Figura 5. Constante cinética (modelo Klimpel) versus energia transferida à polpa com CAI

O CAI proporcionou um incremento tanto na recuperação quanto na cinética de flotação para sulfetos de Cu e Mo, passando de 84% de recuperação de cobre no ensaio standard para 87% para o ensaio com uma transferência de energia à polpa de 2 kwh-m-3 (melhor condição). A constante cinética na flotação dos sulfetos de Cu aumentou de 3,l·min·1 no ensaio standard para 4 min-1, para uma transferência de energia à polpa de 2

kwh-m-3_.

Os resultados obtidos são explicados pelo aumento na recuperação de partículas finas e ultrafinas, como resultado de um processo de agregação hidrofóbica entre essas e com as partículas de alta cinética de flotação, seguido de flotação transportadora e/ou autotransportadora, devido ao aumento de energia fornecida à polpa.

Estudos EXT

Na Figura 6 são mostrados os valores de recuperação de Cu e Mo em comparação com o ensaio standard (representado como concentração igual a zero no gráfico) em função da quantidade de óleo diesel emulsificado adicionado na etapa de condicionamento e na Figura 7 são mostrados os valores de constante cinética para Cu e Mo.

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Figura 6. Recuperação metalúrgica por flotação versus

concentração de óleo diesel

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Conccntracão de Óleo Diesel, g.f1

Figura 7. Constante cinética (modelo Klimpel)

versus concentração de óleo diesel

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O melhor resultado obtido com o uso de óleo diesel emulsificado foi com uma concentração de 90 g·f1,

alcançando uma recuperação de Cu superior a 89% (84% no STD) com uma constante cinética maior que no

STD (3,7 min.1). O efeito do óleo diesel somente foi observado após emulsificação e o possível mecanismo t! o

da interação entre os grupos naftênicos e os sítios hidrofóbicos dos sulfetos. É importante salientar ainda que o

querosene não apresentou qualquer efeito seja emulsificado ou não (o querosene não possui grupos naftênicos). Em relação aos microfenômenos que estão agindo, destaca-se a iteração que ocorre por forças hidrofóbicas entre as partículas que já possuem coletor com as gotas de óleo e inclui etapas de colisão e adesão.

Imediatamente após ocorrer a adesão, a gota de óleo se "espalha" sobre a superficie da partícula aumento

consideravelmente a sua hidrofobicidade. Outro mecanismo importante é o aumento das partículas finas e

ultrafinas via agregação entre elas e com partículas de alta cinética de flotação via efeito hidrofóbico.

Estudos de Flotação com Multibolhas

Nas Figuras 8 e 9 são apresentados os valores de recuperação de cobre e molibdênio respectivamente

em função do método de geração de bolhas (Tabela 3), e nas Figuras 10 e II são mostrados os valores das

constante cinéticas.

Para os ensaios com injeção de bolhas de diâmetro inferior às produzidas nas células convencionais de

flotação, os melhores resultados foram obtidos com injeção de bolhas de tamanho intennediário (Bl 2), que

(8)

STD Médio

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J

MB-1

b

MB-2~

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84 85 86 87

Recuperação de Cobre, %

Figura 8. Flotação com multibolhas, recuperação

metalúrgica de sul fetos de Cu

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Figura 1 O. Flotação com multi bolhas, constante

cinética para sulfetos de Cu

88 5 I STD Médio

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I

MB-1

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Bl-2 ... I _ -- -' -- ___ ___L_ __ ___! ____ _{_j} 72 73 74 75 76 Recuperação de Molibdênio, %

Figura 9. Flotação com multibolhas, recuperação

metalúrgica de sul fetos de Mo

STD Médio MB-1 MB-2 Bl-1 Bl-2 1,5 2,0 2,5 3,0 3,5 k, min-1 (K1impcl)

Figura 11. Flotação com multibolhas, constante

cinética para sulfetos de Mo

• As Figuras 12 e 13 apresentam os resultados da recuperação de cobre e molibdênio nas frações F-UF

para os ensaios que apresentaram os melhores resultados de cada técnica. Estes resultados comprovam as

hipóteses propostas neste trabalho no sentido de que todas as técnicas permitem otimizar a "captura" das

partículas finas pelas bolhas .

::l u lo:! 0::: 100 90 80 70 60 50 • STD M édn 0 EXT 90 1J C A 12 kW h rn -3 • B 12 -5 5 15 40 Abertura Micropeneiras, 1-1m

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Abertura Micropeneiras, lliTI

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(9)

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Os resultados pemitem demonstrar que tanto o CAI como a flotação Extender com óleo diesel emulsificado (> 90 g·f1) e a injeção de bolhas de diâmetro inferior às produzidas nas células convencionais de

flotação, são todas técnicas eficientes para o incremento na recuperação e cinética de flotação das partículas finas e ultrafinas portadoras de Cu e Mo. Os resultados são explicados em tennos de agregação fisica e por forças de interação hidrofóbica entre as partículas, e pelo aumento da distribuição do tamanho de bolhas dentro da célula. Ambos efeitos otimizam a captura (coleta) de partículas pó bolhas.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a todas as instituições que financiam a pesquisa no Brasil e no Chile e a todos os integrantes do L TM-UFRGS.

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

COLLINS, D. N. and READ, A.D. The treatment ofslimes. Mineral Science and Engineering. vo13, pp 19-~1,

1971.

RODRIGUES, R. T. and RUBlO, J. New basis for measuring bubble size distribution. Minerais Engineering.

Vol 16, pp 757-765, 2003.

ROSA, J. J. O Condicionamento em alta intensidade e a recuperação de finos de mmenos por flotação. Dissertação de Mestrado. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais

-PPGEM- UFRGS, 78 p, 1997.

SIV AMOHAN, R. The problem of recovering very fine particles in mineral processing- a review. lntemational Joumal of Mineral Processing. vol 28, pp 247-288, 1990.

SUBRAHMANY AN, T.V., FOSSBERG, E.F.S. Fine particle processing: Shear flocculation and carrier flotation -A Review. 1ntemational Journal of Mineral Processsing. vol 30, pp 265-286, 1990.

TRAHAR, W.J. A rational interpretation of role of particle size in flotation. Intemational Joumal of Mineral Processing. vol2, pp 289-327, 1981.

V ALDERRAMA, L. Estudo de tlotação não convencional para o tratamento de reJeitas de ouro. Tese de Doutorado. Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Minas, Metalúrgica e de Materiais - PPGEM -UFRGS, 124 p, 1997 .