Flotação Fundamentos de Flotação

Marco P. Coscione 8/24/15 Metalurgia Extrativa

Índice 1. Flotação – Princípios Fundamentais ................................................................................... 2

1.1. Cálculos de Performance............................................................................................. 3

1.1.1. Curvas de Recuperação/Qualidade...................................................................... 6

1.2. Hidrofobia/hidrofilia.................................................................................................... 6

1.3. Contato Partícula/Bolha .............................................................................................. 8

1.4. Coleção na Camada de Espuma .................................................................................. 9

1.5. Reagentes .................................................................................................................... 9

1.5.1. Coletores .............................................................................................................. 9

1.5.2. Espumantes ........................................................................................................ 13

1.5.3. Modificadores .................................................................................................... 15

1.5.4. Recuperação das partículas de gangue na Flotação: Arrastamento ou

Hidrofobia ........................................................................................................................ 18

1.6. Equipamento ............................................................................................................. 19

1.6.1. Células convencionais ........................................................................................ 19

1.6.2. Colunas de flotação............................................................................................ 20

1.6.3. Análise de liberação ........................................................................................... 24

1.7. Aplicando resultados laboratoriais na seleção de equipamentos da planta ............ 25

1.7.1. Cinética da flotação para Laboratório e Planta ................................................. 25

1.7.2. Seleção da célula de flotação............................................................................. 26

1.8. Referencias ................................................................................................................ 29

1. Flotação – Princípios Fundamentais

A flotação é um método versátil para separação física das partículas baseada na diferença

da habilidade de bolhas de ar seletivamente aderirem para uma superfície do específico

mineral numa polpa. As partículas que esta anexadas as bolhas de ar são levadas a

superfície e removidas, enquanto as partículas que ficam molhadas ficam na fase liquida. A

flotação tem uma ampla aplicação para a separação dos minerais, maior parte das vezes são

feitos tratamentos químicos para seletivamente mudar a superfície dos minerais para que

estes tenham as propriedades necessárias para a separação ocorrer. É um processo

correntemente usado em várias aplicações alguns exemplos a seguir: separação do potássio

de cloro (sylvite) do cloreto de sódio (halite); separação de carvão de minerais criadores de

cinza; remoção de silicatos de minério de ferro; separação de fosfatos de silicatos; e ate

aplicações não minerais tais como destintagem de papel de notícias reciclado. É

particularmente útil para processar minérios de fina granulometria que não são suscetíveis a processos convencionais de concentração gravitacional.

Sistema de

Flotação

Componentes Químicos

Coletores

Espumantes

Ativadores

Depressivos

pH

Componentes

Operacionais

Taxa de Alimentação

Mineralogia

Tamanho da Partícula

Densidade da polpa Temperatura

Componentes

Equipamentos

Design da Célula

Agitação

Escoamento do Ar

Configuração da Célula

Controlo da Célula

Figura 1: O sistema de flotação inclui componentes interrelacionados, mudanças numa das áreas irão produzir efeitos noutras áreas (Klimpel, 1995)

A flotação é um exemplo de um sistema de engenharia, tal que muitos parâmetros estão

altamente inter-relacionados, como mostra a figura 1. Por isso é importante tomar em

conta todos esses fatores nas operações de flotação. Mudança num dos parâmetros (tais

como taxa de alimentação irão automaticamente causar mudanças em outros componentes

do sistema (tais como taxa de flotação, taxa de ar, densidade da polpa, etc). Como

resultado, é difícil estudar o efeito de um fator isolado, e os efeitos das mudanças no

sistema poderão impedir que as mudanças do processo produzam os efeitos esperados

(Klimpel, 1995). Isto faz com seja difícil desenvolver modelos preditivos para flotação,

apesar do trabalho que esta a ser feito para desenvolver modelos simples que consigam

prever a performance do circuito por simplesmente medir os parâmetros tais como a

recuperação dos sólidos e o conteúdo dos sólidos dos rejeitos (Rao et al, 1995).

1.1. Cálculos de Performance Não existe um método universal para expressar a eficiência da separação, mas existem

diversos métodos para analisar o processo de flotação.

a) Rácio do Concentrado: o rácio entre o peso relativo da alimentação e o peso do

concentrado. O peso do concentrado é F/C, onde F é o peso total da alimentação e o

C é o peso total do concentrado. Uma limitação desse cálculo é que usa os pesos da

alimentação e do concentrado. Maior parte das vezes a informação disponível no

laboratório, da planta é provável que o minério não seja pesado mas só analises

estão disponíveis. Porém é possível expressar o rácio de concentração em função

das análises dos minérios. Iniciando com as equações do balanco mássico, e a

definição do rácio de concentração fica:

F = C + T F.f = C.c + T.t Rácio de Concentração = F/C

Onde F, C e T são a % do peso da alimentação, concentrado e rejeito,

respetivamente, onde f, c e t são análises da alimentação, concentrado e rejeitos.

Agora iremos eliminar T das equações para que possamos resolver em função de

F/C:

F.f = C.c + T.t, e multiplicando (F=C + T) por t dando nos:

F.t = C.t + T.t então subtraindo esta equação da anterior eliminamos T e temos:

F.(f-t) = C.(c-t), e o rearranjo produz a equação para o rácio de concentração:

F/C = (c-t)/(f-t)

b) % Metal Recuperado: ou percentagem de metal presente na alimentação que é

recuperada do concentrado. Este é calculado usando os pesos ou analises, como

(C.c)/(F.f).100. Ou seja como (f-t)/(c-t), a % Metal Recuperado pode ser calculado

pelas analises usando 100.(c/f).(f-t)/(c-t).

c) % Metal Perdido é o oposto da % Metal Recuperado, e representa o material

perdido para o rejeito. Pode ser simplesmente calculado por subtrair a % Metal

Recuperado por 100%.

d) % Peso Recuperado é essencialmente o inverso do rácio do concentrado, é igual

100.C/F = 100.(f-t)/(c-t)

e) Rácio de Enriquecimento é calculado diretamente pelas análises c/f, pesos não são

envolvidos no cálculo.

Exemplo de Calculo:

Problema: O minério de cobre inicialmente tem 2.09 % Cu. Depois da flotação, o produto é

mostrado na tabela 1. Usando a informação calcule:

a) O Rácio de Concentração

b) % Metal Recuperado

c) % Metal Perdido

d) % Peso Recuperado ou Rendimento

e) Rácio de Enriquecimento

Tabela 1: Performance de recuperação de um processo hipotético de flotação de minério de

cobre

Alimentação

f = 2.09 % Cu

F = 100 % Wt

Concentrado

c = 20 % Cu

C = 10 % Wt

Rejeitos

t = 0.1 % Cu

T = 90 % Wt

Produto % Peso % de Cu Alimentação 100 2.09

Concentrado 10 20.0 Rejeito 90 0.1

a) Da Tabela 1, o rácio do concentrado pode ser calculado pr F/C=100/10 = 10. Ou se

somente as análises estão disponíveis, o rácio de concentração é igual (20-

0.1)/(2.09-0.1) = 10

Ou seja, para cada 10 toneladas de alimentação, a planta irá produzir 1 tonelada de

concentrado.

b) Usando o exemplo da tabela 1, a % de cobre recuperado pelo peso e análises é:

% Cobre Recuperada = [(10.20)/(2.09.100)].100 = 95.7 %

O cálculo usando a análises somente:

% Cobre Recuperada = 100.(20/2.09)(2.09-0.1)/(2—0.1) = 95.7 %

Isso significa que 95.7% do cobre presente no minério foi removido do concentrado,

enquanto o resto foi perdido para o rejeito.

c) A % de Cobre perdida pode ser calculada subtraindo a % de Cu recuperado de 100 %:

% Cu Perdida = 100 -95.7 = 4.3 %

Isso significa que 4.3 % do cobre presente no minério será perdido para o rejeito.

d) A % Peso Recuperado é igual o % peso de concentrado na tabela 1. Também pode

ser calculado pelos valores da análise dados na tabela, como segue:

% Peso Recuperado = 100.(2.09 – 0.1)(20-0.1) = 10 %

e) O rácio de enriquecimento é calculado por dividir a análise do concentrado Tabela 1

pela análise da alimentação:

Rácio de Enriquecimento = 20.0/2.09 = 9.57

Isso nos diz que o concentrado tem 9.57 vezes mais cobre que a alimentação.

1.1.1. Curvas de Recuperação/Qualidade

Enquanto cada um desses valores calculados individualmente são uteis para comparar a

performance de flotação em diferentes condições, é mais útil considerar tanto a qualidade e

recuperação simultaneamente usando a “Curva para Recuperação/Qualidade. Este gráfico é

da recuperação do metal valioso alcançada contra a qualidade do produto recuperado, é

particularmente útil para compara a separação onde tanto a qualidade e a recuperação estão

a variar. Uma combinação de curva de qualidade/recuperação é mostrado na figura 2. Se

100% da alimentação é recuperada para o produto, então o produto irá ter a mesma

composição que a alimentação, e então a curva começa com a composição de alimentação

com 100% recuperação. Similarmente, se o grão mineral puro que contém o metal em causa

for removido, isso irá ser a qualidade máxima que pode ser produzida pela separação física,

então o fim da curva de 0% recuperado termina numa análise menor ou igual a análise do

mais puro grão disponível no minério. No gráfico mostrado na figura 2, os pontos mais acima

e mais a direita mostram melhor performance que os pontos abaixo e a esquerda.

Figura 2: Formato típico de uma curva de qualidade/recuperação da flotação

1.2. Hidrofobia/hidrofilia A base da flotação é a diferença na humidificação dos diferentes minerais. Partículas variam

daquelas que são facilmente molháveis com água (Hidrofilias) e aquelas que são repelentes

da agua (Hidrofóbicos). Se uma mistura de partículas hidrofóbicas e hidrófilas estão

suspensas na água e o ar é borbulhado pela suspensão então as partículas hidrofóbicas irão

aderir as bolhas de ar e irão emergir até a superfície, como mostra a figura 3. A camada que

se forma na superfície ira ser carregado de minerais hidrofóbicos, e poderá ser removido

como produto separado. As partículas hidrofilias irão ter menor tendência de se aderir as

bolhas de ar, então se manterão na suspensão e irão ser escoadas (Whelan and Brown,

1956).

Partículas podem ser naturalmente hidrofóbicas, o hidrofobia pode ser induzido por

tratamento químico. Materiais naturalmente hidrofóbicos incluem hidrocarbonetos, e

sólidos não polares tais como enxofre elementar. Carvão é um bom exemplo de material

que é tipicamente um hidrofóbico natural, porque é maioritariamente composto por

hidrocarbonetos. Tratamentos químicos de cobertura da superfície hidrofóbica são

essencialmente métodos para abranger seletivamente a partícula com uma camada de óleo

não-polarizado.

Figura 3: Aderência seletiva das bolhas de ar para as partículas hidrofóbicas. A flutuabilidade

das bolhas irão transportar essas partículas para superfície, deixando as partículas hidrófilas

atrás.

A aderência das bolhas de ar com a superfície de um minério é determinada pelas energias

de interfaces entre a fase sólida, líquida e gasosa. Essa é determinada pela equação de

Young/Dupre

γ1v.cosθ = (γsv – γsl)

onde γ1v é a energia da superfície da interface liquida/vapor, γSV é a energia da superfície da

interface solido/vapor, γsl é a energia da superfície da interface solido/liquido, e θ é o

“ângulo de contacto”, o ângulo formado na juncão entre a fase vapor, solida e liquida, como

mostra a figura 4. Se o angulo de contacto for muito pequeno, então a bolha não irá aderir

na superfície enquanto a um grande ângulo de contacto irá resultar numa aderência da

bolha muito forte. O ângulo de contacto próximo de 90° é suficiente para uma efetiva

flotação na maior parte dos casos.

Figura 4: Ângulo de contacto entre a bolha de ar e a superfície solida emersa num líquido.

1.3. Contato Partícula/Bolha Uma vez as partículas são tornadas hidrofóbicas, elas tem de ser trazidas para entrar em

contacto com as bolhas para que possam aderir a superfície destas. Se as bolhas e a

superfície nunca entrarem em contacto então a flotação não vai ocorrer. Contacto entre as

partículas e as bolhas podem ser alcançadas num tanque de flotação como o mostrado na Figura 5.

Figura 5: Esquema simplificado de uma célula de flotação. O rotor puxa a polpa pelo estator

e expele por ambos lados, criando a sucção que puxa o ar ao longo do veio do estator. O ar

é depois dispersado como bolhas pela polpa, e entra em contacto com as partículas na

polpa que vem pelo estator.

Colisão das bolhas/partículas é afetado pelo tamanho relativo das partículas. Se as bolhas

forem suficientemente grandes para as partículas, o liquido escoando a volta das bolhas

podem “varrer” as partículas sem que estas entrem em contacto. Portanto será melhor que

o diâmetro da bolha seja próximo ao diâmetro da partícula de forma a ass egurar um bom

contacto entre a partícula/bolha.

1.4. Coleção na Camada de Espuma Uma vez as partículas e as bolhas entram em contacto, as bolhas devem ser grandes os

suficientes para flutuar para levar a partícula para superfície. É óbvio que será mais fácil se

as partículas tiverem baixa densidade (como no caso de carvão) do que substancias com alta

densidade (tais como sulfito de chumbo). A partícula e a bolha devem manter-se juntas

quando estas se movimentam para a camada de espuma no topo da célula. A camada de

espuma deve se manter o tempo suficiente para transbordar da célula por gravidade ou ser

removida com um raspador mecânico. Se a espuma for instável, as bolhas irão rebentar e

deixar cair as partículas hidrofóbicas para a polpa prematuramente. Porém a espuma não

deve ser tao estável que irá se tornar uma espuma persistente que irá dificultar o bombeamento desta.

A área da superfície das bolhas na espuma é importante. Como as partículas são

transportadas para espuma por aderência a superfície das bolhas, aumento das área das

superfície das bolhas irá permitir flotação mais rápida das partículas. Ao mesmo tempo,

aumento da área da superfície também transporta mais água para espuma como uma

camada de água entre as bolhas. Como partículas finas não que não estão ligadas as bolhas

de ar serão transportadas indesejada-mente para espuma com a água, água em excesso na espuma pode significar a contaminação do produto com minérios indesejados.

1.5. Reagentes As propriedades da mistura de minérios suspensos em água raramente são apropriados

para flotação. Químicos são necessários tanto para controlar a hidrofobia relativa das

partículas, e para manter as características ideias da espuma. Existem diferentes reagentes

envolvidos processo de flotação, a seleção dos reagentes depende do mineral em específico e da mistura a ser tratada.

1.5.1. Coletores

Os coletores são reagentes que são usados para seletivamente absorver nas superfícies das

partículas. Eles formar uma camada singular na superfície da partícula que essencialmente

faz um revestimento fino de um hidrocarboneto hidrofóbico não polar. Os coletores

aumentam o ângulo de contacto tal que as bolhas irão aderir na superfície. Coletores

podem ser geralmente classificados dependendo da sua carga iónica: podem ser não

iónicos, aniónicos ou catiónicos como mostra a figura 6. Os coletores não iónicos são óleos

hidrocarbonetos, enquanto os coletores aniónicos e catiónicos consistem numa parte polar

que seletivamente junta-se a superfície mineral, e a parte não polarizada que se projeta

para fora da solução e faz a superfície hidrofóbica. Coletores pode ser quimicamente ligados

a superfície mineral (absorção química) ou ser presos a superfície por forcas físicas (absorção física).

1.5.1.1. Absorção Química

Na absorção química, iões ou moléculas da solução reagem quimicamente com a superfície,

transformando-se numa união irreversível. Isto muda permanentemente a natureza da

superfície. A absorção química dos coletores é altamente seletiva, visto que as uniões

químicas são específicas para átomos em particular.

1.5.1.2. Absorção Física

A absorção física, iões ou moléculas da solução são associados com a superfície, ligação feita

por atracão electroestática ou ligações de Van der Waals. A absorção física das substâncias

pode ser de absorvida da superfície se as condições de pH ou composição da solução mudar.

A absorção física é menos seletiva que a absorção química, coletores irão absorver em qualquer superfície que tenha ideal carga elétrica ou grau natura de hidrofobia.

Oleato de

Sódio e ácidos

gordos este grupo polar

ocorre em óleos vegetais. Coletor para

hematite e outros minerais de óxidos metálicos

Menos usado que os ácidos

gordos. Menos poder coletor, maior seletividade

Carbono é tetravalente, tem quatro

ligações, fósforos é pentavalente com cinco ligações. Átomos de enxofre ligam-

se quimicamente a sulfitos.

Figura 6: Tipos de Coletores, Glembotskii et al (1972). Nas estruturas “R” representa a

cadeia de hidrocarbonetos, diferentes coletores ira ter diferentes hidrocarbonetos por “R”

1.5.1.3. Coletores não iónicos

Óleos hidrocarbonetos, e componentes similares, tem a afinidade para com superfícies que

já são parcialmente hidrofóbicos. Eles absorvem seletivamente nas superfícies, aumentado

a sua hidrofobia. O mais comum material naturalmente hidrofóbico é o carvão. Adição de

coletores tais como diesel e querosene melhora significativamente a hidrofobia das

partículas de carvão sem afetar as superfícies associadas ao material com cinza. Isto

melhora a recuperação do carvão, e aumenta a seletividade entre o carvão e as partículas

minerais. Diesel e kerosene tem as seguintes vantagens sobre os coletores especiais para

flotação:

1) Eles tem baixa viscosidade para dispersar a polpa e espalhar se sobre as partículas de

carvão facilmente.

2) Tem baixo custo comparando com outros componentes que podem ser usados como coletores de carvão.

Além do carvão, é possível flutuar minerais naturalmente hidrofóbicos tais como

molibdenite, elementos sulfúricos, e talco com coletores não iónicos. Coletores não iónicos

podem ser usados como “extensores” para outros coletores. Se outros coletores mais caros

tornarem a superfície parcialmente hidrofóbica, adicionar um óleo não polar ira melhorar a

hidrofobia a um baixo custo.

1.5.1.4. Coletores Aniónicos

Coletores aniónicos são ácidos fracos ou sais ácidos que ionizam a água, produzindo o

coletor que é negativamente carregados e que irão juntar-se a superfície do mineral, e a

cadeia de hidrocarbonetos que estendem-se no líquido, mostrado na figura 7.

Figura 7: Absorção do coletor aniónico na superfície solida. A porção aniónica é responsável

pela aderência da molécula do coletor na superfície, enquanto a parte hidrofóbica altera a hidrofobia da superfície

1.5.1.4.1. Coletores Aniónicos para Minerais Sulfuretos

Os coletores mais comuns para sulfuretos minerais são os coletores sulfidrílos, tais como

vários xantatos e ditiofosfatos. Xantatos são os mais comummente usados, e tem uma

estrutura similar ao que mostram na Figura 8. Xantatos são coletores altamente seletivos

para minerais sulfuretos, visto que reagem quimicamente com superfícies de sulfuretos e

não tem nenhuma afinidade para gangue de minerais não sulfuretos. Outros coletores

altamente seletivos para o uso de sulfuretos minerais, tais como ditiofosfatos, tem de

alguma forma diferentes comportamentos para absorção e por isso só pode ser usado para algumas separações que são difíceis usando xantatos.

Figura 8: Estrutura típica de um coletor xantato (etil xantato). O grupo OCSS juntam-se

irreversivelmente as superfícies sulfuretos minerais. Usando xantatos com cadeias longas de

hidrocarbonetos tendem a aumentar o grau de hidrofobia quando são absorvido na superfície.

1.5.1.4.2. Coletores aniónicos para minerais óxidos

Os coletores disponíveis para flotação de minerais óxidos não seletivos tais como coletores

usados na flotação de minerais sulfuretos, visto que eles ligam-se com a superfície atracão

eletrostática ao invés de uma ligação química com a superfície. Como resultado, existe

absorção de algum coletor no mineral que não tínhamos intenção de flutuar.

Um típico coletor aniónico para minerais óxidos é o oleato de sódio, sal de sódio de ácido

oleico, que tem uma estrutura mostrada na Figura 9. O grupo aniónico responsável pela

ligação com superfície mineral é grupo carboxilo, que se dissocia-se na água para

desenvolver uma carga negativa. O grupo carregado negativamente é atraído a superfície

positivamente carregada na superfície mineral.

Figura 9: Estrutura de ácido oleico, um coletor aniónico comummente usado

Visto que partículas que são emersas na agua desenvolvem uma carga devido a troca de

iões com o liquido, é possível manipular a química das soluções para que um mineral tenha

uma carga fortemente positiva enquanto outros minerais tenha uma carga que ou seja

positivamente fraca ou negativa. Nestas condições, o coletor aniónico irá preferir absorver

para a superfície com a carga positivamente carregada e transforma-la em hidrofóbica.

1.5.1.5. Coletores catiónicos

Coletores catiónicos usam positivamente carregados grupo de aminas (figura 10) para ligar a

superfícies minerais. Visto que grupo de aminas são carregados positivamente podem se

ligar com superfícies minerais carregadas negativamente. Logo coletores catiónicos tem o

efeito contrário aos coletores aniónicos, que ligam se a superfícies positivamente

carregadas. Coletores catiónicos são principalmente usados para flotação de silicatos e

alguns óxidos de metais raros, e para separação de cloreto de potássio (silvite) de cloreto de

sódio (halite).

Figura 10: Primário, Secundário e terciário grupo de aminas que podem ser usados para coletores catiónicos

1.5.2. Espumantes

Espumantes são compostos que atuam como estabilizadores das bolhas de ar para que

estas se mantenham bem dispersas na espuma, e formem uma espuma estável que pode

ser removida antes que as bolhas rebentem. Os espumantes são comummente álcoois

particularmente MIBC (Metil Isobutil Carbinol) ou qualquer outro numero de polímeros

solúveis em agua baseados em óxidos de propileno (PO), tais como polipropileno glicóis. Os

polipropilenos glicóis são muito versáteis e podem ser preparados para dar uma ampla

gama de propriedades da espuma. Muitos espumantes estão disponíveis, tais como cresóis

e óleo de pinho, mas maior parte destes são considerados obsoletos e não são usados tao

extensivamente como eram. Algum trabalho tem sido feito usando água do mar como

agente espumante, e o processo tem sido industrializado na Rússia (Klassen e Mokrousov,

1963; Tyurnikiva e Naumov 1981).

1.5.2.1. Função dos Espumantes

Klimpel (1995) descobriu que diferentes espumantes produzem mudanças nos valores da

taxa de flotação (K) e na recuperação (R) na flotação de carvão, e alcançam as seguintes

conclusões:

Quanto a dosagem de espumante é mantida constante enquanto a dosagem de

coletor é aumentada, a taxa de flotação atinge o máximo depois decresce. Isso foi

observado para todos tipos de espumantes e todas frações de tamanhos das

partículas. A diferença entre os grupos de espumantes estudados, foi que a dosagem

de coletor que alcançou o máximo valor de K era diferente.

Para todos os tipos de espumante, as partículas finas (-88 µm) e grossas (+500 µm)

tendem a flutuar mais devagar em relação os tamanhos intermediários das

partículas.

Mudanças na taxa de flotação são devidos a mudanças no tamanho do carvão e na

dosagem de espumante/coletor. Onde a contribuição do tamanho das partículas de

carvão tem maior efeito, a dosagem de reagente providencia mais significado

ajustando K na planta.

Com espumantes de álcool alifáticos, a taxa máxima de flotação mais notável que

para espumantes de óxidos propileno (PO) e a combinação de óxidos

propileno/álcool (PO-Adição de Álcool)

Independente do tipo de espumante, aumentar a dosagem do espumante para

aumentar a recuperação sempre leva a uma flotação menos seletiva.

Os PO e PO-Adição de álcool são espumantes mais fortes em relação aos

espumantes de álcool e por isso devem ser usados em menores dosagens.

Sobre dosear com espumantes de álcool leva a uma taxa de flotação baixa, porque o

excesso de espumante destabilizar a espuma. Esse efeito não ocorre nos

espumantes PO e PO-Adição de Álcool, mas sobre dosear estes espumantes leva a

alta recuperação com seletividade baixa.

Espumantes PO com peso molecular de 300 a 500 são ótimos para recuperação de

carvão.

Espumantes de álcool tendem a ser mais efetivos para recuperação de partículas

finas que para partículas grossas. Para recuperar partículas grossas, a dosagem de

espumante de álcool e coletor de hidrocarboneto devem ser ambas altas. O álcool

irá providenciar seletividade razoável nessas altas dosagens.

Os espumantes PO com alto peso molecular são mais eficientes com as partículas

grossas que os espumantes álcoois ou PO de baixo peso molecular, mas estes tem

uma seletividade baixa. Para boa recuperação de partículas grossas e boa

seletividade, os espumantes PO devem ser usados em baixa dosagem, com baixa

dosagem de coletor. Os espumantes PO-Adição de Álcool sai ainda mais eficientes

com partículas grossas e devem ser usados em menores dosagens.

O espumante ótimo para uma rápida recuperação com ao seletividade ira ser uma

mistura de vários espumantes examinados. Existe relatórios que tal mistura de

espumantes irá dar benefícios suficientes para aproximadamente metade das

operações de carvão.

Nenhum dos espumantes das 3 categorias estudados irá mudar a forma da curva de

qualidade/recuperação. Mudanças no tipo de espumante e dosagem simplesmente

moveram os resultados da flotação ao longo da curva. Similarmente, mudanças no

coletor de hidrocarbonetos irão principalmente movimentar a performance ao longo

da curva de qualidade/recuperação.

Para tamanhos medio e grosso de carvão, a recuperação do gangue (rejeito) é

linearmente relacionado com a recuperação do carvão. Somente para as partículas

finas que a recuperação de gangue aumenta de forma não linear com a recuperação

do carvão.

Quando estamos a flutuar carvão com um amplo intervalo de tamanhos, maior parte

do gangue atinge a espuma no tamanho de partículas pequenas.

Quando a taxa de flotação do carvão aumenta, a taxa de gangue aumenta

proporcionalmente. Isto é típico de processo de arrastamento a atuar na gangue.

1.5.2.2. Espumantes sintéticos e naturais

Os espumantes originais eram produtos naturais tais como óleo de pinho e acido crisóis.

Estes são ricos em agentes de ativação da superfície que estabilizam a espuma, e são

efetivos espumantes. Produtos naturais não são químicos puros, mas invés contem um

grande número de químicos além dos que outros espumantes tem. Alguns desses

compostos podem atuar como coletores por atrair se a superfície dos minerais. Como

resultado esses espumantes também são coletores fracos. Enquanto isto pode ser uma

vantagem para reduzir a quantidade de coletor que precisamos de adicionar

separadamente, introduz alguns problemas do controlo de processo. Se o espumante

também e o coletor, é praticamente impossível de alterar as caraterísticas da espuma e as

caraterísticas do coleção da operação de flotação independentemente.

Espumantes sintéticos, tais como os de álcool e polipropileno glicol, tem a vantagem da sua

efetividade como coletores é negligenciável. E portante é possível aumentar a dosagem de

espumante sem mudar a quantidade de coletor no sistema. Isso torna o processo de

flotação mais fácil de controlar.

1.5.3. Modificadores

Modificadores são químicos que influenciam na maneira que os coletores ligam se a

superfície mineral. Eles aumentam a capacidade de absorção do coletor no dado mineral

(ativador) ou previnem o coletor de absorver nos minerais (depressor). É importante notar

que não e porque o reagente é depressor para um mineral/coletor combinado, não significa

que e depressor para outras combinações de minerais. Por exemplo sulfito de sódio é um

depressor potente para minerais sulfitos sendo flutuados com xantato, mas não afeta

flotação quando mineral sulfito são flutuados com o coletor hexadecil trimetil amonio

bromido.

1.5.3.1. Controlo de pH

Os modificadores mais simples são químicos para controlo de pH. A química superficial de

quase todos minerais é afetado pelo pH. Por exemplo, em geral os minerais desenvolvem

carga superficial positiva em condições ácidas e carga superficial negativa em condições

alcalinas. Visto que cada mineral muda de positivamente carregado para negativamente

carregado num certo pH, é possível manipular a atração de coletores para suas superfícies

por ajustamento do pH. Também existem outros efeitos complexos devido a mudança do pH que muda a maneira que certos coletores absorvem nas superfícies dos minerais.

Coletores sulfidrílos tais como iões xantato competem com iões OH- para absorver na

superfície dos minerais então absorção é função do pH. Isso torna possível coletores

sulfidrílos para ser usados para progressivamente separar minerais específicos. O pH onde

os iões xantato ganham a competição com OH- (Hidróxido) depende tanto da concentração

do xantato na solução, e do específico sulfeto presente no mineral, como mostra a figura

11.

Figura 11: Esquema da curva de resposta do pH para coletores sulfidrílos em diferentes

metais sulfetos. Esta curva marca a fronteira onde um dado mineral fica suficientemente

hidrofóbico para flutuar. Tanto xantatos com ditiofosfatos exibem curvas dessa forma com diferentes valores pH e concentrações para cada tipo de coletor (Fuerstenau et al.,1985).

Para o exemplo assume-se a mistura de pirite (FeS2), galena (PbS) e calcopirite (CuFeS2). Da

figura 11, nos vemos que se o pH e concentração xantato estão na região (A), então xantato

não se absorve em nenhum mineral e nenhum mineral flutua. Se o pH e a concentração de

xantato são alteradas para região (B), então somente a calcopirite ira se tornar hidrofóbica e

irá flutuar. Na região (C) tanto calcopirite e galena irá flutuar, e na região (D) todos os três

minerais irão flutuar. Portanto é possível progressivamente diminuir o pH para flutuar

primeiro calcopirite, depois galena, e pirite, depois produzir concentrados para cada mineral e deixando para trás qualquer mineral silicato não-flutuável.

1.5.3.1.1. Ácidos

Os ácidos usados são geralmente os que dão maiores mudanças do pH a baixo custo, com

ácido sulfúrico sendo o mais popular. Um ponto-chave para ter em conta, é que os aniões

dos ácidos podem potencialmente ter efeitos por eles próprios, separados do efeito de

baixar o pH. Existem portanto alguns casos onde os ácidos diferentes do ácido sulfúrico são

úteis.

1.5.3.1.2. Alcalinos

Tal como ácidos, o alcalinos mais populares são os mais baratos, com menor custo alcalinos

geralmente sendo cal (CaO ou Ca(OH)2). Porém os iões de cálcio geralmente interagem com

as superfícies minerais para mudar o comportamento da flotação. Em alguns casos os iões

de cálcio tem efeitos benéficos, enquanto outros casos eles mudam a flotação de formas

indesejadas. Podem ser necessários usar os alcalinos de base de sódio tais como NaOH ou

Na2CO3, porque os catiões de sódio geralmente não tem efeitos significantes na química da superfície da partícula.

1.5.3.2. Ativadores

Ativadores são compostos específicos que tornam possível para o coletor para absorver nas

superfícies que eles normalmente não se podiam aderir. Um exemplo clássico de um

ativador é sulfato de cobre como um ativador para flotação de esfalerita (ZnS) com

coletores xantato (Fuerstenau et al., 1985). Quando não tratado, xantato não pode aderir a

superfície esfalerita porque forma um composto zinco xantato que rapidamente dissolve:

ZnS (s) + Xantato- S(s) + ZnXantato (aq)

A superfície da esfalerita pode ser ativada por reagir com iao metálico que não forma um xantato solúvel, tal como cobre solúvel de sulfato de cobre dissolvido:

ZnS (s) + CuSO4 (aq) CuS(s) + ZnSO4 (aq)

Este forma uma camada fina de sulfeto de cobre na superfície da esfalerita, que permite

uma ligação estável com o xantato, tornando a partícula esfalerita hidrofóbica e flutuável.

Outros metais tais como prata e chumbo podem também ser usados como ativador de

zinco, mas cobre e mais barato que prata e menos toxico que chumbo.

Também é possível absorver iões específicos na superfície que podem promover a ligação

do coletor. Por exemplo sílica (SiO2) normalmente tem uma superfície fortemente

negativamente carregada a um pH aproximadamente neutro, e portanto tem pouca

afinidade com coletores aniónicos tais como ácidos oleicos. Porém iões de cálcio

especificamente absorve nas superfícies de sílica, e a carga negativa dos iões de cálcio

podem atualmente reverter a carga das superfícies, tornando a positiva. E é possível para os

coletores aniónicos ligarem-se electrostaticamente a uma superfície de sílica ativada por cálcio.

1.5.3.3. Depressor

Depressor tem o efeito oposto ao efeito dos ativadores, por prevenir coletores de absorver

numa particular superfície mineral. Eles tipicamente usam-se para aumentar a seletividade

prevenindo um mineral de flutuar, entanto permitindo o outro mineral de flutuar

livremente.

1.5.3.3.1. Cianato

Cianato (CN-) é particularmente um depressor útil na flotação de minerais sulfitos. Sua

atividade acredita-se que deve-se a sua habilidade de ligar-se, e as vezes dissolver, um

número de iões metálicos, prevenindo estes de se ligar com moléculas de xantato. Em

particular, é um depressor forte para pirite (FeS2), e pode ser usado para desativar esfalerita que foi ativada por iões de cobre na solução (Fuerstenau et al, 1985)

Figura 12: Efeito do depressor de cianeto na flotação de minerais como função de pH. É

interessante notar que a flotação da galena (PbS) não foi afetada pela presença do cianeto.

1.5.3.3.2. Cal

Cal é adicionado como CaO ou Ca(OH)2, e quando é dissolvido contribui iões de cálcio que

podem absorver nas superfícies dos minerais. Em combinação com a sua forte natureza

alcalina, isto é particularmente útil na manipulação da flotação do sulfito. É menos útil na

flotação de óxidos minerais porque pode ativar a flotação da sílica por coletores aniónicos, fazendo que flutue com outros óxidos minerais.

1.5.3.3.3. Depressores Orgânicos

Um largo número de compostos orgânicos são usados como depressores para flotação.

Estes tendem a ser polímeros solúveis (tais como amido) que a seletividade cobre a

superfície do mineral e previnem o coletor de se aderir. Um exemplo destes esta na

“flotação reversa” da sílica do minério de ferro, onde o rejeito de sílica é flutuado usando

coletor catiónico no pH de 8.5-11, deixando para trás o minerais de ferro. Amido atua como

depressor de óxido de ferro neste processo, prevenindo deste ser flutuado pelo coletor catiónico.

1.5.4. Recuperação das partículas de gangue na Flotação: Arrastamento ou

Hidrofobia

Existe sempre material algum gangue que é recuperado na espuma. Por exemplo, na

flotação de carvão, a porção de minerais que forma cinza e pirite irá ser carregado para

espuma tal como o carvão. Também é de conhecimento comum que o gangue pode ser

prevenido se usar o depressor correto. No caso de carvão, cerca de 42 químicos diferentes

foram relatados por investigadores para deprimir a pirite na flotação, e nenhuma delas foi

usada industrialmente. Isso é porque a pirite não verdadeiramente hidrofóbico em primeiro

lugar (Kawatra e Eisele, 1992,2001)

Na flotação existem duas maneiras da partícula atingir a camada de espuma. Pode ser

carregada para a espuma por aderência na bolha de ar (verdadeira flotação), ou pode ser

suspensa na água por estar encurralada entre as bolhas (arrastamento). Apesar da

verdadeira flotação ser seletiva entre hidrofóbica e hidrofilia, arrastamento é não seletivo,

então as partículas tanto podem ser gangue ou partículas valiosas. Se as partículas forem

grossas demais elas decantam-se rapidamente que nem são carregadas para a espuma por

arrastamento. Se forem finas de mais elas decantam-se mais devagar o que dá mais tempo

de serem arrastadas para a espuma, e tem menor tendências de serem arrastadas.

Partículas argilosas são particularmente muito pequenas (alguns micrómetros), são

facilmente arrastadas. Para partículas que são menor que micrómetros em tamanho, a taxa

de recuperação dessas partículas para espuma é igual a taxa de recuperação da água na

espuma. Por exemplo se 20% da água a entrar na célula de flotação é levada para espuma,

então 20% das partículas finas entrando na célula ser arrastada. O arrastamento de

partículas grossas será menor que 20 %, devido a sua grande habilidade de drenar da

espuma.

Em adição para as partículas arrastadas, gangue é carregado para a espuma por estar

fisicamente ligado as partículas flutuáveis. No caso do carvão, muita da pirite consiste ou em

grãos sub-microns que nunca foram liberados do carvão, ou em partículas de pirite cuja

superfície consiste primeiramente em carvão, e por isso agem como se de partículas de

carvão se tratassem. A recuperação de partículas arrastadas pode ser reduzida por diminuir

a quantidade recuperada na espuma. A recuperação de partículas bloqueadas pode ser

mudada significativamente ou por moer para tamanhos pequenos para melhorar a

liberação, ou por rejeitar as partículas bloqueadas com as partículas menos flutuáveis

liberadas, que sacrifica a recuperação do material valioso. Depressores químicos não são

úteis em nenhum dos casos, pois eles são usados para prevenir a ligação com bolha

hidrofóbica e a verdadeira flotação de partículas. Antes de usar o depressor, é importante

determinar primeiro se as partículas são deprimidas estão atualmente a serem recuperadas

na verdadeira flotação, ou existem outras causas.

1.6. Equipamento

Alem de controlar a química, flotação requer uma máquina para misturar e dispersar o ar ao

longo da polpa do mineral e remover o produto da espuma. Estas máquinas individuais

conectadas para formar um circuito com objetivo de providenciar um produto limpo.

1.6.1. Células convencionais

Células convencionais de flotação consistem num tanque e um agitador desenhado para

dispersar o ar na polpa, como previamente mostrada na Figura 5. Essas são máquinas

relativamente simples, com larga oportunidade das partículas serem levadas para espuma

com água perfazendo peliculas das bolhas (arrastamento), ou para partículas hidrofóbicas

liberarem-se das espuma e serem removidas com as partículas hidrofilias. Por isso e comum

para células convencionais de flotação serem organizadas em circuitos de multe estágios,

com as células “Rougher”, “Cleaner” e “Scavenger”, que podem ser arranjadas em

configurações tais como as mostradas na figura 12.

Figura 12: Uma das possíveis configurações do circuito de flotação Rougher/Cleaner/Scavenger

1.6.2. Colunas de flotação

Colunas de flotação providenciam meios para melhorar a eficiência flotação (Eberts, 1986).

A coluna essencialmente funciona como se fosse um circuito de flotação em multe estágio

arranjado verticalmente (Degner and Sabey, 1985), com a polpa escoando para baixo enquanto as bolhas dirigem-se para cima, produzindo escoamento contracorrente.

Uma coluna típica de flotação é mostrada na figura 13. O princípio básico da coluna de

flotação é de usar o escoamento contracorrente para as bolhas de ar e as partículas sólidas.

Isso é alcançado por injetar o ar na base da coluna, e alimentação é próxima ao ponto

mediano. As partículas depois afundam por uma multidão de bolhas de ar.

Figura 13: Esquema de uma coluna de flotação

Escoamento contracorrente é acentuado em maior parte das colunas com adição de água

para lavagem no topo da coluna, que força toda a água que esta entrar com alimentação

para baixo, para a saída do rejeito. Este padrão de escoamento é um contraste direto com

que são encontrado nas células convencionais, onde o ar e a polpa são dirigidas na mesma

direção. O resultado é uma coluna que providencia uma hidrodinâmica melhorada para

flotação, e produz um produto limpo enquanto mantem uma alta recuperabilidade e baixo

consumo de energia. A performance é diferente entre as células colunas e convencional

pode ser melhor descrito em termo dos seguintes fatores:

- Tamanho da zona de colheita;

- Eficiência de contato partícula/bolha

- Arrastamento de finos (Kawatra e Eisele, 1987)

A zona de coleção é a secção onde a partícula/bolha de ar entram em contacto, e difere

muito em termos de tamanho entre o a flotação em coluna e na convencional. Na célula

convencional contacto ocorre primeiramente na região a volta do impulsor. O

remanescente da célula atua principalmente como volume de armazenamento do material

que ainda não passou pela zona de coleção. Isto cria um estrangulamento que mantem a

taxa de flotação baixa. Em contraste, as colunas de flotação tem uma zona de coleção que

preenche o volume inteiro da coluna, para que haja mais oportunidades colisões entre a

partícula/bolha de ar. O nível reduzido de turbulência necessário para se alcançar uma boa

taxa de recuperação nas colunas também reduz a tendência de partículas grossas de

rasgarem as bolhas na qual elas estão aderidas, e portanto as colunas são mais efetivas para

flutuar partículas grossas (Kawatra e Eisele, 2001).

Colunas mostram maior eficiência de contacto partículas/bolhas em relação as maquinas

convencionais, pelo fato das partículas colidirem de frente com as bolhas. Como resultado, a

intensidade energética necessária para promover o contacto é menor, então o consumo de

energia é reduzida.

O segundo efeito benéfico em certos tipos colunas de flotação é a redução do diâmetro da

bolha. (Yoon e Luttrel, 1096). O diâmetro da bolha é reduzido, a taxa de flotação tanto para

partículas grossas e finas é melhorado. Os efeitos produzidos para melhorias são ilustrados

na figura 14. Partículas grossas podem aderir mais de uma bolha se as bolhas são pequenas,

e portanto as chances das partículas se separarem e afundarem é reduzida. Para partículas

finas, a probabilidade de colisão com as bolhas é melhorada se a bolha for pequena, visto

que as forças hidrodinâmicas que tendem a arrastar as partículas de uma colisão são

reduzidas. A redução do diâmetro das bolhas tem o benefício adicional de melhorar a

disponibilidade da área da superfície para a mesma quantidade de ar injetado. Portanto é

mais desejável produzir bolhas menores possíveis.

O arrastamento do material fino no produto de flotação é uma falha seria nas células de

convencionais de flotação. Resulta da necessidade de uma certa quantidade de água a ser

carregada para a espuma como a película rodeando as bolhas de ar. Em maior parte das

colunas de flotação, a problema do arrastamento é resolvido com o uso de água de lavagem

como mostra a figura 15. Onde a célula convencional deve permitir certas quantidades de

água na alimentação para entrar na espuma, a água de lavagem na célula de coluna remove

a água de alimentação para o rejeito, assim prevenindo contaminantes arrastados de

alcançar a espuma. A única desvantagem do uso de lavagem de espuma é que a demanda

de água limpa é aumentada, que pode causar problemas com água em certas situações.

Figura 14: Efeitos do tamanho relativo da bolha e partículas na flotação.

Figura 15: Efeito da água de lavagem no arrastamento na alimentação na espuma.

O efeito de uma mistura relativamente gentil, contracorrente, e uso da água de lavagem nas

colunas é que existe uma distância de alguns metros entre o carvão limpo descarregado na

espuma e a gangue descarregada no rejeito, com um gradiente gradual na concentração

entre dois extremos. Existe uma possibilidade reduzida do carvão ser colocado no rejeito, ou

da gangue ter um curto-circuito na espuma. O resultado é que a coluna é tipicamente

equivalente a três a cinco estágios de flotação convencional, dependendo do desenho da coluna.

1.6.2.1. Gerador de bolhas

Os misturadores tipo impulsores usados nas células convencionais não são bem adequados

para as colunas de flotação, visto que iriam de necessitar de veios extremamente longos e

vedantes. No design original das células de flotação, as bolhas eram produzidas usando

difusores de ar cerâmicos que produziam bolhas pequenas de ar. Porem essas sofriam de

problemas de obstrução, principalmente em água não tratada, então uma placa de pano e

borracha perfurada foi usada (Dobbey et al 1985; Boutin e Wheeler, 1967). Isso ainda

requer manutenção excessiva, então geradores de bolhas externos de vários tipos foram

adotados (McKay et al 1988; Yoon et al 1990; Rubinstein, 1995; Davis et al 1995). Os

geradores de bolhas externos combinam um fluxo de água com ar para produzir uma

mistura fina de bolhas na água. A mistura é injetada na coluna. Esta aproximação tem varias

vantagens incluindo:

1) O gerador é acessível para ajustamento e manutenção;

2) Não existem elementos porosos para bloquear ou ficar danificados, e então a

dispersão de ar na coluna não muda.

3) O gerador de bolhas pode ser desenhado para tolerar partículas na água, e então

agua reciclada pode ser usada nos geradores;

4) Geradores externos podem consistentemente produzir bolhas muito pequenas na

coluna.

1.6.2.2. Efeitos da mistura axial

Um aspeto importante na operação da coluna de flotação é “mistura axial”, onde a mistura

ao longo do eixo vertical da coluna, como mostra a figura 16. As bolhas de ar ascendem na

coluna, elas carregam a porção de água com elas para a base da camada de espuma. Depois

a água descende cirando uma forte ação de mistura. A tendência é maior se a coluna estiver

ligeiramente inclinada na vertical, visto que as bolhas preferencialmente ascendem de um

lado, a água descende de outro. Esse e o motivo pela qual é crucial que as colunas de

flotação estejam perfeitamente na vertical. A tendência para mistura axial aumenta se

bolhas grandes estão presentes, e por isso a performance é melhor se as bolhas são

uniformemente pequenas em diâmetro.

Outra abordagem para suprimir a mistura axial é a introdução de defletores horizontais,

feitos de placas perfuradas (Kawatra e Eisele, 2001). Esses defletores interrompem o

escoamento do líquido como mostra a figura 16, prevenindo-o de ser rapidamente

carregado para a superfície, ou de fazer um curto-circuito direto para o rejeito. Experiencias

com defletores horizontais na coluna de flotação confirmam que eles podem melhorar

significativamente as caraterísticas operacionais da coluna sem sacrificar a sua capacidade,

e um desenho com uma abertura suficiente é altamente resistente para entupimento de

partículas grossas ou detritos. No geral as colunas de flotação geralmente tem uma

performance superior as células convencionais de flotação. Porem elas requerem controlo

automático, visto que elas não estão preparadas para o uso de simples barragens de

transbordo de rejeito que são comummente usadas para manter o nível constante da polpa

nas células convencionais de flotação.

Figura 16: Comparação de mistura axial numa coluna regular, e coluna com defletores horizontais

1.6.3. Análise de liberação

É normalmente útil poder determinar a máxima quantidade teórica de melhoramento que

pode ser alcançado pela flotação, dado um específico tipo de minério e um particular par de

reagentes. Uma aproximação disto é a “análise de liberação”, que é feita por

progressivamente reflutuar o produto da espuma para colher apenas as partículas que são

totalmente hidrofóbicas. Este processo é ilustrado na Figura 17.

A análise de liberação providência meios para comparar a performance da flotação

convencional com coluna de flotação. O produto da análise de liberação é tipicamente de

maior qualidade que o produto de uma flotação convencional de estágio único. Por outro

lado, uma coluna de flotação corretamente operada ira providenciar um produto de

qualidade comparável a qualidade do produto do estágio final da análise de liberação.

Figura 17: Ilustração do método de análise de liberação para determinar a qualidade

máxima que pode ser produzido pelo processo de flotação. Cada estágio da flotação remove

partículas arrastadas e mal flutuadas da espuma, ate ao produto final que consiste somente em material fortemente flutuável.

1.7. Aplicando resultados laboratoriais na seleção de equipamentos da

planta

1.7.1. Cinética da flotação para Laboratório e Planta

A fim de comparar experiencias de flotação no laboratórios com a operação na planta, é

necessário ter em consideração a diferença na maneira em que as duas células são

operadas. Isso é facilmente alcançado fazendo um experimento cinético para medir a

recuperabilidade do material na espuma em função do tempo. Um modelo útil para cinética

da flotação, que inclui os termos tanto para taxa de flotação como a recuperação da

flotação, é:

r = R {1-[1-exp(-Kt)]/Kt}

onde: r = peso total da componente recuperada no tempo t,

t = Tempo,

K = Constante,

R = Máxima Recuperação de Peso Teórica num tempo não determinado

Este modelo leva em conta o fato das partículas hidrofóbicas variarem em tamanho e grau

de hidrofobia, é por isso mais apropriado que as reações cinéticas convencionais que se

tencionam usar para sistemas de moléculas idênticas. É particularmente útil para

correlacionar os resultados do laboratório com os resultados da planta. Nos testes

laboratoriais convencionais, é comum para o parâmetro R ser mais importante na

determinação da performance da flotação, porque testes laboratoriais são feitos ate que

todo material recuperável seja recuperado. Na planta, é comum o parâmetro k ser o mais

importante, porque é caro providenciar volume suficiente da célula ate recuperar o material

que não flutua num curto período de tempo. Por causa dessa diferença na operação, os

resultados laboratoriais podem ser maus indicadores da performance da planta. Para

corrigir isso, é melhor fazer um teste laboratorial cronometrado que possa produzir

informação cinética, para que a performance de R e K sejam ambos determinados. Depois

baseando no tempo de permanência das unidades em escala, podemos determinar se a

performance da planta esta ser dominada pela cinética (K) ou pela máxima recuperabilidade

(R) (Klimpel, 1995).

1.7.2. Seleção da célula de flotação

As células usadas na planta devem ser selecionadas baseando se na informação laboratorial

e da escala em piloto. Testes laboratoriais são comummente feitos em lotes experimentais e geralmente são muito diretos, apesar da necessidade de manter alguns pontos em mente:

a) A polpa deve ser suficientemente agitados para manter todas as partículas em

suspensão;

b) E normalmente necessário condicionar os reagentes com os minerais por um

período de tempo para assegurar uma boa cobertura com coletor;

c) Em muitos casos, adicionar o espumante em estágios com água pode ser necessário

para manter o nível de polpa e nível de espuma constante;

d) A capacidade da célula aumentar a percentagem de sólidos aumenta, então o

melhor processo económico é alcançado com a maior percentagem de sólidos.

As informações mais importantes destes testes laboratoriais são:

1) Tamanho do minério otimizado. Isso depende não só das caraterísticas de liberação

do minério, mas também da flutuabilidade. Partículas excessivamente grossas irão

ser demasiadas grandes para levitar pelas bolhas, e partículas excessivamente finas

irão flutuar mal pois estas não atingem a superfície das bolhas, efeitos de oxidação e

outros problemas. O material grosso que pode ser flutuável é normalmente com

tamanho de 300 µm, enquanto partículas finas são a volta 5 µm.

2) Quantidade de reagentes necessários, e os pontos apropriados de dosagem no

circuito para cada reagente adicionado.

3) Densidade da polpa ótima. É necessário para determinar o tamanho e número de

células de flotação para uma dada capacidade.

4) Tempo necessário para alcançar a recuperação desejada. É importante estar a par

que mais tempo é necessário para flotação na planta do que no laboratório,

principalmente devido ao tempo necessário para as partículas se moverem ao longo

do equipamento maior. Tempos de flotação para diferentes minerais é mostrado na

tabela 2.

Tabela 2: Comparação de tempos de flotação no laboratório e na planta (Metso, 2006)

Material Flutuado Tempo de Flotação Industrial na Célula, Minutos

Tempo de Flotação Laboratorial, Minutos

Barite 8 – 10 4 – 5

Carvão 3 – 5 2 – 3

Cobre 13 – 16 6 – 8 Efluentes 6 – 12 4 - 5

Espatoflúor 8 – 10 4 – 5

Feldspato 8 – 10 3 – 4

Chumbo 6 – 8 3 – 5 Molibdénio 14 – 20 6 – 7

Níquel 10 – 14 6 – 7 Óleo 4 – 6 2 – 3

Fosfatos 4 – 6 2 – 3 Potássio 4 – 6 2 – 3

Areia (Impurezas) 7 – 9 3 – 4

Sílica (de Ferro) 8 – 10 3 – 5

Sílica (de Fosfato) 4 – 6 2 – 3

Tungsténio 8 – 12 5 – 6 Zinco 8 – 12 5 – 6

5) Variabilidade do minério. Visto que as propriedades do minério variem de ponto

para ponto da mina, é crítico fazer experimentos não só do minério de uma

localização mas de várias localizações.

6) Propriedades corrosivas e de desgaste do minério, que são necessárias para

selecionar os materiais para construção dos equipamentos da planta.

7) O tipo de circuito, número de células por banco, número de estágios de flotação, e

locais apropriados para recirculação dos produtos intermediários. O número de

células por banco depende das caraterísticas do material a ser processado. Uma

instalação típica pode ir de 3 até 17 células por banco, como mostra na tabela 3.

Tabela 3: Numero normal de células por banco nos circuitos de flotação (Metso, 2006)

Exemplo:

Problema: Como exemplo para dimensionar uma célula de flotação, considerando minério

de cobre:

Gravidade Especifica de minério seco = 2.7

Percentagem de sólidos ótima na máquina de flotação laboratorial = 30 %

Tempo ótimo de retenção laboratorial = 6.5 minutos

Assumimos que a unidade de flotação ira necessitar de processar 14000 toneladas de

minério por dia.

Solução: Da tabela 2, nos procuramos o tempo medio de flotação para o cobre são 7

minutos, e o tempo medio de flotação é de 14.5 minutos. O fator de escala é 14.5

7= 2.07 e

então o tempo necessário para flotação na planta para este minério é (6.5).(2.07) = 13.5 minutos.

A taxa de alimentação é de 14500 toneladas de minério/dia ira requere um caudal de

14500

1440(

𝑚𝑖𝑛

𝐷𝑖𝑎) = 10.07 𝑡𝑜𝑛/𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜 e se o tempo de residência for 13.5 minutos serão

necessários (13.5).(10.07) = 136 toneladas de minério retidos na célula de flotação.

Visto que a polpa deve ter 30 % de sólidos, 136 toneladas de minério irão ser 136

0 .3=

453 𝑡 𝑑𝑒 𝑝𝑜𝑙𝑝𝑎

Como o minério tem uma gravidade específica de 2.7, a gravidade específica da polpa pode

ser calculada pela relação (100

𝜌𝑝𝑜𝑙𝑝𝑎) = (

𝑋

𝜌𝑠𝑜𝑙𝑖𝑑𝑜𝑠) + (

(100−𝑋)

𝜌𝑎𝑔𝑢𝑎), onde X é a percentagem de

sólidos, e ρpolpa, ρsolidos e ρagua são as densidades do polpa, sólidos e agua, respetivamente.

Substituindo a percentagem dos sólidos 100

𝜌𝑝𝑜𝑙𝑝𝑎= (

30

2.7) + (

70

1.0) e resolvendo para

densidade da polpa ρpolpa temos como valor da densidade da polpa 1.23.

O volume total de 453 toneladas de polpa que as células devem ter (453/1.23 = 368 metros

cúbicos). Porem quando a polpa é areada irá consistir de aproximadamente 15 % de ar e 85

% de polpa por volume, então o volume atual de polpa ira ser 368

(0.85)= 433 𝑚3

As células de 14.5 m3 são de dimensão standard, e se formos a usar estas iremos precisar de 433/14.15 = 30.6 células ou aproximadamente 31 células.

Referindo a tabela 3, vemos que precisamos para cobre de 12 a 17 células por banco, com

14 a 17 células sendo ótimas.

Dois bancos de 16 células irão nos dar um total de 32 células, que podem providencias 31

células necessárias com alguma capacidade extra. As células devem ser arranjadas em

bancos individuais como recomendado pelo fabricante.

1.8. Referencias

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