Flotação
Por que algumas coisas molham e outras não?
2
A tabela abaixo mostra os minerais constituintes de um
minério
hipotético
e
algumas
de
suas
respectivas
propriedades.
FlotaçãoMineral
(g.cm
-3)
Intensidade
magnética
necessária para
sua atração (T)
Propriedades
elétricas
Preço no
mercado de
minerais
A
5,2
2,5
dielétrico
barato
B
5,18
2,7
dielétrico
barato
C
5,21
3,8
dielétrico
barato
Solução: Flotação
Selecione, a seu critério, um Mi e proponha uma operação para
concentrá-lo
.É uma operação unitária que consiste na Concentração de
Minérios baseada na diferença de
MOLHABILIDADE
dos
minerais contidos.
Vantagens:
•
Recuperação de finos
• Aplicação na grande maioria de minérios
• Concentrado com elevados teores
• Trata grande tonelagem
• Trata minérios pobres
• Trata minérios complexos
Granulometria sugerida
: abaixo da malha 65 (depende muito da
massa específica dos minerais envolvidos)
# 65 = 208 mFlotação – um sistema muito complexo
•
Minério
complexa mistura de minerais em tal grau
que cada partícula é uma fase diferente
• Ar
mistura de gases, incluindo o oxigênio
quimicamente reativo
•
Líquido
contém
pelo
menos
3
reagentes
adicionados (coletores, reguladores e espumantes,
além de minerais que dissolvem)
Flotação
• 1906 – flotação
• É a operação mais versátil e mais importante do tratamento de minérios
Tipos de flotação: a) Flotação direta b) Flotação reversa F C R F R C overflow overflow underflow underflow
Balanço de massa geral : F = C + R Balanço de massa do Mi : FxF = CxC + RXR8
Flotação
Uma célula de flotação recebe 100 kg de minério por hora e produz no overflow 30 kg de um concentrado com 70% em massa de mi. A recuperação de mi é de 80%. Faça um balanço de massa geral e um do mi para o caso em estudo.
Exercício
OK OK
A superfície de um sistema tem sempre um excesso de energia
comparado com o interior
Comparação entre as forças de atração de moléculas na
superfície e no interior de um líquido
Átomos fracamente ligados e movem incessantemente
Átomos ligam apenas com seus vizinhos do interior e com o ar
Revisão de tensão superficial
A energia termodinâmica de superfície é definida como um aumento da energia livre no sistema por unidade de nova superfície criada na temperatura, pressão e
composição constantes F dX ~ dA F dX =
dA
= F/2L L X A dX F dA dA = LdxTensão Superficial para Líquidos em Contato com o Ar
Substância
Temperatura/
°C
. 10
- 2(J.m
-2)
Azeite
20
3,20
Glicerina
20
6,31
Água
60
6,62
Água
20
7,28
Água
0
7,56
Mercúrio
20
46,50
Probabilidade termodinâmica de ocorrer flotação
2ª Lei da termodinâmica
Um processo ou uma reação pode ocorrer espontaneamente somente na
direção que corresponda a uma redução de energia livre dentro do sistema
Um sistema atinge a máxima estabilidade quando a energia livre é mínima
S(bolha)
Área LG
S(partícula)
Área SL
Probabilidade termodinâmica de ocorrer flotação
Energias interfaciais envolvidas
SG
SL
LG LG SL SLA
A
.
.
SG SG LG LG SL SLA
A
A
.
.
.
A
SL
1
.
SL
A
LG
1
.
LG
SGLG
SL
SG
G
Estágio 1 Estágio 2
0
Considerando A
SG= 1
Interfaces envolvidasSG
A
SL
A
LG
LG
A
SG
SL
LG
.
cos
SG
SL
LG.
cos
LG
LG
G
.
cos
cos
1
.
G
LG
é o ângulo de contato ou ângulo de molhamento
dá uma idéia da hidrofobicidade de uma partícula
Probabilidade termodinâmica de ocorrer flotação
Exemplos
: talco, grafite, molibdenita
maiores que 70º
G
0 0
90 - 1 LG 120 - 1,5 LG 180 - 2 LG
E quando os minerais têm
pequenos
ou próximos?
Utilizam-se agentes químicos que modificam
seletivamente as propriedades superficiais dos minerais
MODIFICADORES
Modificadores
Coletores
: permite que um determinado mineral passe a ter afinidade pelo ar (aumenta o ) TENSOATIVOSDepressores
: deprime a ação do coletor ou da flotabilidade de um mineralAtivadores
: ativa a ação do coletor sobre a superfície do mineralDispersantes
: separa as partículas mais finas do minérioReguladores de pH
Ilustração esquemática de partículas de argila em água
mostrando:
(a) cargas de superfície sobre uma partícula
individual
e
(b) agregados de partícula formado pela atração
das faces de cargas opostas
Tensoativos
A intensidade da tensão superficial depende da natureza do líquido que estamos tratando, se ele é puro, e da temperatura.
A água não molha muito bem as superfícies onde é aplicada e, por isso, não lava eficientemente. Isto pode ser observado quando enchemos um copo e o
esvaziamos: o recipiente fica umedecido internamente de forma irregular, apresentando áreas secas e áreas úmidas.
Para aumentar a eficiência da água na remoção de manchas e sujeiras de roupas, por exemplo, adiciona-se compostos chamados tensoativos que diminuem a tensão superficial, favorecendo o seu espalhamento e promovendo um contato mais íntimo com a superfície a ser limpa.
Alguns aditivos modificam fortemente a tensão superficial de um líquido.
O exemplo mais comum é o dos detergentes que diminuem muito a tensão superficial da água em que são dissolvidos. Com isso, diminui a tendência de formar “ilhas” fazendo com que as moléculas da água tenham maior contato com o vidro do copo ou
Dessa forma, a sujeira do tecido é mais facilmente deslocada pela água e
dissolvida em forma de emulsão.
Damos o nome de tensoativos, à estas substâncias que têm como função o
controle da TS, e que em pequenas quantidades são capazes de alterar
muito o valor da TS. Estes compostos são os principais componentes dos
detergentes.
Os tensoativos reduzem a tensão superficial porque suas moléculas têm uma
cabeça hidrofílica (com afinidade com a água) e uma cauda hidrofóbica (com
pouca ou nenhuma afinidade com a água). A primeira adere às moléculas de
água, quebrando suas atrações intermoleculares e permitindo a expansão da
área de contato da água com a superfície que deve molhar.
Classificação das substâncias tensoativas
Aniônicas - Substâncias cujo grupo iônico se dissocia formando ânions, por exemplo dodecilsulfato de sódio (encontrado em pasta de dente), cetilbenzenosulfonato (sabão em pó), estearato de sódio (sabão em pedra).
Catiônicas - Substâncias cujo grupo iônico se dissocia formando cátions, por exemplo sais de amônio quartenário - brometo de cetil dietilamônio.
Coletores
• Substância química com uma parte solúvel + parte insolúvel
Coletor ANIÔNICO
Coletor CATIÔNICO
+ IMPORTANTES
Coletores ÂNIONICOS mais importantes
Coletores ÂNIONICOS mais importantes
Maior cadeia carbônica
–
maior eficiência
–
menor seletividade
Sulfidrílicos – somente para polpas alcalinas ou neutras – evitar dissociação
Mineral
Ângulo de contato de xantatos em função do número de
carbonos
Metil
(1)
Etil
(2)
Propil
(3)
Butil
(4)
Amil
(5)
6
Galena
0
59
68
74
88
100
Calcopirita
0
60
69
76
90
94
Bornita
0
60
68
73
86
95
Pirita
0
60
67
74
82
95
Depressores
Compostos inorgânicos que impedem a ação do coletor • Cianeto de sódio – cuidado com o pH!
• Silicato de sódio • Sulfato de zinco • Hidróxido de cálcio
Ativadores
Ativa a ação do coletor • Sulfato de cobre • Sulfeto de sódio
Reguladores de pH
• Ácido sulfúrico, barrilha, hidróxido de cálcio
Dispersores ou defloculantes
Exercício
Dada a tabela abaixo.
Minerais
A
1B
2C
1
1>
2 Deseja-se separar A e B de C• Coletor que age sobre A, B e C
• Depressor para C
A-B-C
A-B
C
• Tipo de flotação?
Fatores que influenciam a flotação
Fatores que influenciam a flotação
Efeito da quantidade de coletor
30
Fig. 4. Correlation between flotation recovery and contact angle vs. adsorption density for the xanthate-galena systems - T.T. Chau et al. / Advances in Colloid and Interface Science 150 (2009) 106–115
Fatores que influenciam a flotação
pH
Temperatura
Temperatura R(%)
Cuidado !!!!!!!!!Fatores que influenciam a flotação
Equipamentos de flotação
•
Células de flotação
•
Mecânicas
•
Pneumáticas
Equipamento de flotação
Equipamento de flotação
Bateria de
células de
flotação
industrial
Tratamento de minérios - Flotação
Flotação
A coluna de flotação da Metso Minerals Cisa inclui o corpo da coluna, o sistema de geração de bolhas, o sistema de controle de nível da polpa, o sistema de água de lavagem e o sistema de água de lavagem na calha de descarga da coluna.
A polpa de alimenta ção é introduzida na coluna a aproximadamente ¾ da altura a partir da base e descende contra um enxame de bolhas que sobem, geradas pelo sistema de geração de bolhas.
Princípio de funcionamento de uma coluna da Metso Minerals Cisa com seu sistema sparger.
As bolhas de ar coletam as partículas hidrofóbicas e as transferem para a seção superior. A zona entre a introdução de ar e o ponto de alimentação é a zona de coleta. As partículas não flotáveis deixam a zona de coleta na seção inferior da coluna através da tubulação de
descarga.
Na seção superior (zona de limpeza), onde a água de lavagem é adicionada, as partículas coletadas são transferidas para a espuma de concentração.
O principal papel da água de lavagem é remover as partículas hidrofílicas entranhadas da espuma e lavá-las de volta para a zona de coleta.
O uso da água de lavagem permite o aumento de teor da espuma. Tubulações circulares perfuradas acima da espuma (para evitar riscos de entupimentos) permitem a distribuição regular e uniforme da água de lavagem.
Os fluxos de ar e água de lavagem são automaticamente controlados.
Na calha coletora de espuma um fluxo de água é adicionado para ajudar a evacuar a espuma. Válvulas de controle de fluxo manuais são instaladas para ajustar a adição de fluxo de água.
Equipamento de flotação
Vantagens da flotação em colunas
•
maior rendimento
• menor consumo de energia
• menor área de piso
• menor manutenção
• melhor controle
Dimensionamento de uma célula de flotação
V = T. M. a
V = volume da célula em ft
3T = alimentação (ton/dia)
M = tempo de residência (min)
a = densidade da polpa (relação A/S)
A/S 1/1 1,5/1 2/1 2,3/1 3/1 4/1 5/1 6/1 8/1 a 0,03 0,04 0,055 0,06 0,075 0,10 0,12 0,14 0,16 Exemplo; T = 20 ton/dia A/S = 4/1 M = 3 min V = 6 ft3 6 ft3 T R 2 2 2 Calcular V.
