UM ESTUDO DA HIDROFOBICIDADE DA GALENA ATRAVÉS DO CONTROLE DO POTENCIAL DE OXIRREDUÇÃO.

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1 UM ESTUDO DA HIDROFOBICIDADE DA GALENA ATRAVÉS DO CONTROLE DO POTENCIAL DE OXIRREDUÇÃO. Sampai, J. Ai.; Outra, A. J. g2 ICETEM- Centr de Tecnlgia Mineral Rua Quatr Quadra O Cidade Universitária, Ilha d Fundã CEP Ri de Janeir- RJ 2COPPEIUFRJ Caixa Pstal CEP Ri de Janeir - RJ ABSTRACT Cntact angle measurements with plarized galena samples and micrtltatin tests n elcctrchemically cnditined galena particles were carried ut in a KCI O, I M and 3,37xi0-4 M ptassium ethyl xanthate slutin. Results have shwn that the frmatin f hydrphilic species n the galena surface depends n the electrde ptential. XPS analysis cnfirmed the hypthesis f dessrptin f ethyl xanthate frm galena surface fr ptentials between -300 and -50 mv, indicating that galena can be depressed in this ptential range. Micrtltatin tests n sphalerite particles indicated the pssibility f selective tltatin fr bth minerais. Key wrds: galcna, sphaleritt\ tltability, cntact angle, plarizatin. RESUMO Fram realizadas medidas de ângul de cntat de amstras de galena plarizadas c testes de micrfltaçã cm galena cndicinadas eletrquimicamente, numa sluçã 0,1 M de KCl c 3,37xl0-4 M de etilxantat de ptássi. Cm base ns resultads btids avaliu-se efeit d ptencial de eletrd na frmaçã de espécies hidrfilicas sbre a superfície da galena na faixa de ptencial cmpreendida entre -300 e +50 mv, indicand que a galena pde ser deprimida nessa faixa de ptencial. Testes de micrfltaçã de csfalerita indicaram a pssibilidade de!ltaçã scletiva ds dis minerais. Palavras chave: galcna. esfalerita, fltabilidade. ângul de cntat, plarizaçã. 337

2 Intrduçã Estuds eletrquímics aplicads à fltaçã têm sid realizads cm diverss minerais sulfetads, cm a galena, pirita, calcpirita, pentlandita, etc. [ 1-6], que devid às suas prpriedades semi-cndutras, permitem a crrência de reações eletrquímicas em sua superficie. Uma exceçã seria a esfalerita, que devid à sua elevada resistividade, se cmprta cm um islante elétric, cm uma lacuna de energia de 3,7 e V [7], nã send prtant suscetível de respstas a ptencias usualmente empregads ns prcesss de fltaçã. Na fltaçã de minerais sulfetads é cnhecida a existência das interações entre s mesms e s cmpnentes da plpa: água, cletr, reagentes mdificadres, etc. Em tais interações, estã presentes mecanisms eletrquímics envlvend a xidaçã anódica d cletr na superficie d mineral e a reduçã catódica d xigêni [8]. A fltaçã de minerais sulfetads depende da adsrçã química e/u da frmaçã de enxfre elementar na superficie d mineral; cnseqüentemente, ptencial de xirreduçã tem uma participaçã significativa n prcess. Cada mineral pssui seu própri ptencial de equilíbri; cnseqüentemente, quand se prvca uma alteraçã adequada d mesm, tem-se uma frma de cntrle d prcess. A fltaçã de minerais sulfetads, a partir de minéris cmplexs, tem sid bjet de intens estud n tcante à seletividade [8]. N cas específic ds minerais de cbre, chumb e zinc a seletividade sempre cmprmete s cncentrads finais para cada mineral individualmente. Assim, sã btids cncentrads de cbre cntaminads cm chumb e zinc, crrend a situaçã análga cm s cncentrads de chumb e zinc. O us já cnsagrad de depressres c ativadres, cm pr exempl cianet e sulfat de zinc, nã tem apresentad prgress substancial na fltaçã seletiva de tais minerais, principalmente quand se trata de minéris cmplexs. O cntrle das variáveis eletrquímicas, especificamente ptencial de xirreduçã, tem encntrad aplicaçã prática n prcessament, pr fltaçã, de minéris sulfetads [9]. A faixa de ptencial nde crrem as reações de eletrd respnsáveis pela hidrfbicidade da superficie mineral cnstitui a chave de cntrle d prcess n âmbit da eletrquímica. Uma metdlgia de estud para tais ptenciais e as reações a eles assciadas cnsiste n us da vltametria cíclica, que permite identificar s ptenciais nde crrem as reações de eletrd 11 0]. Adicinalmente sã levadas a efeit análises químicas de superficie para identilicar as espécies que sã prduts das reações de eletrd. Entre utras, pdem ser utilizadas as análises químicas através de espectrscpia fteletrônica de rais X, cnhecida cm XPS (X-ray 338

3 phte/ectrn spectrscpy) [II] e espectrscpia n infravermelh cm transfrmada de Furier, cnhecida crn FTIR (Furier transfrm infrared) [12]. O bjetiv d presente trabalh fi estudar a fltabilidade da galena através da utilizaçã de técnicas eletrquírnicas, juntamente cm estuds de hidrfbicidade. Assim fram cnduzids testes cm galena natural, que envlveram: caracterizaçã da amstra d mineral, medidas d ângul de cntat de amstras plarizadas e ensais de micrfltaçã, além de análises pr XPS. Fram também realizads ensais de micrfltaçã, em diferentes valres de ph, cm esfalerita natural, para avaliar a pssibilidade de fltar seletivamente s dis minerais. Prcediment Experimental O presente trabalh apresentu quatr etapas experimentais distintas: caracterizaçã das amstras de galena e esfalerita pr análises químicas e difraçã de rais X, determinaçã d ângul de cntat para um eletrd de galena plarizad, ensais de rnicrfltaçã, em tub Hallirnnd, cm esfalerita e galena mdificada eletrquimicarnente e, finalmente, análises químicas pr XPS da superficie da galena cndicinada em diferentes ptenciais. Para determinar caráter hidrfilic/hidrfóbic ds prduts de reaçã na superficie da galena, fram realizadas medidas de ãngul de cntat de galena plarizada a diverss ptenciais, selecinads cm base ns vltamgramas btids anterirmente [I 0]. O eletrd de trabalh fi uma partícula de galena embutida em resina num tub de Tefln, cm mstra a Figura I. O cntra-eletrd fi uma espiral de platina e de referência fi de calrnelan saturad. O eletrólit fi urna sluçã 0,1 M de clret de ptássi e 3,37x!-4 M de etilxanú1t de ptássi (EXK). Os valres d ph fram ajustads cm sluções diluídas de ácid clrídric e hidróxid de ptássi. Essas medidas fram btidas cm auxíli de um gniômetr mdel I 00-00, em cnjunt cm uma célula eletrquímica ligada a um ptencistat, cm mstra a Figura 2. Ns ensais de micrfltaçã em tub de Hallimnd, utilizu-se amstras de galena, cm granulrnetria na faixa de 208 a 124 J.lm, previamente cndicinadas numa célula eletrquímica cuj eletrd de trabalh era um leit particulad de galena sustentad pr uma cesta de platina, crn mstra a Figura 3A [ 13]. Essas partículas fram cndicinadas, durante quinze minuts, a diverss ptenciais de eletrd, selecinads cm base na etapa anterir. O ensais de micrfltaçã da esfalerita fram 339

4 realizads nas mesmas cndições que s da galena. excet pel cndicinamen1 eletrquimic prévi. MlltCUal.O : AMOn.A Figura I - Representaçã esquemãtica d eletrd de trabalh utilizad ns experiments de labratóri. Figura 2. Esquema representativ d gniômetr utilizad nas medidas d ângul de cntat, e. 340

5 D.EJRODODE RDlJÚ'.NCIA CONIRA-!LEIRODO ILE'IRODO DE LmO PARllCtJLADO AGITAD OR MACNtnc (A)... r I.- H<%> J ó F - -:1. 150c F" - r- III f. 1-- (I) ó ó }Uõ1 a \ Q)ÀGli'ADOalll.t.c:réncO(z,TiliiO IIAWMOfiii$1111D1DOIOEfUIXD...,.,óMI.TIODEIGltc1ll.rO (3) flilximi:do DEBOLIIA(!) V.i.LWLA TIIPtA (%) MllllDOI DE ph.nz (B) Figura 3 - Esquema ds equipaments utilizads ns ensais de micrfltaçã. Em (A) está diagrama representativ da célula elelrlítica e em (B) está circuit de ntaçã indicand tub de Hallimnd e acessóris. 341

6 Neste trabalh, adtu-se a cnvençã da IUPAC, e tdas as medidas de ptencial fram cnvertidas para eletrd padrã de hidrgêni. Fram realizadas análises químicas superficiais pr XPS de amstras de galena cndicinadas eletrquimicamente, durante quinze minuts em ptenciais selecinads cm base em trabalh anterir [I 0]. As amstras A, B, C e D fram cndicinadas em -40, +760, -450 e -960 mv. Fi utilizad um espectrômetr PERKIN ELMER MOO. 1257, usand radiaçã Mg Ku, em vácu de pel mens 10-8 Trr, analisadr hemisféric de elétrns, energia de passagem de 46,86 e V /pass, pass de O, I e V e temp de cntagem de I 00 ms/pass. As amstras fram transferidas da célula elctrlítica para um dessecadr, send, em seguida, cnduzidas a espectrômetr. Inicialmente a amstra fi clcada numa pré-câmara que permitiu a sua intrduçã na câmara de vácu, nde fram efetuadas as análises à temperatura ambiente. Resultads c Discussã A galcna tericamente apresenta uma cmpsiçã cm 86.6% de chumb e 13,4% de enxfre [ 14, 15]. N entant, estã sempre presentes elements dits cntaminantes: prata, zinc, cádmi, antimôni, bismut, cbre, etc. A amstra utilizada neste trabalh, cletada na mina de Bquira-Bahia, tem a cmpsiçã química apresentada na Tabela I. Fram bservadas através de micrscópi ótic, inclusões de pirita, prém muit raramente, mas nã fi bservada a presença de esfalerita, que fi acusada cm análise de difraçã de rais X, cnfrme dads apresentads na Figura 4. A amstra de esfalerita estudada n presente trabalh fi cletada na mina de Panelas n municípi de Adrianóplis n Estad d Paraná. O prcediment de caracterizaçã utilizad para a esfalerita fi mesm já empregad para a galena, cuj bjetiv fi determinar a cmpsiçã d mineral. A Tabela II apresenta s resultads da análise química para amstra de esfalerita utilizada neste trabalh. Sã também apresentads s valres crrespndentes à cmpsiçã teórica d mineral. Fram bservadas cm auxíli d micrscópi ótic, inclusões casinais de pirita, prém, a cntrári ds resultads btids através de difraçã de rais X, nã fi bservada a presença de galena. Os difratgramas btids ns ensais cm s dis minerais estã apresentads na Figura 4, cuj bjetiv fi determinar s minerais incluss na galena e esfalerita. Observa-se nitidamente a presença de galena na esfalerita e vice-versa.o pic característic da esfalerita n difratgrama da galena denta uma cristalizaçã 342

7 perfietad mineral inclus, esfalerita. Nã representa quantidade substancial da esfalerita inclusa na galena. Tabela I - Cmpsiçã química da amstra de galena natural utilizada ns estuds d presente trabalh. ELEMENTO TEOR ELEMENTO TEOR Pb 85,4% As 115 ppm s 13,6% Bi 65 ppm Zn 0,33% Cu 18 ppm Sb 0,28% Mn 17ppm Cd 582 ppm C r <!Oppm Fe 450 ppm M <lo ppm Ag 402 ppm C <6ppm Tabela II - Cmpsiçã química da amstra de esfalerita natural utlizada estuds d presente trabalh. ns ELEMENTO E/OU AMOSTRA(%) COMPOSTO MINA DE PANELAS TEÓRICA Zn 55,1 67,0 s 31,7 33,0 Pb 7,6 <0,5 Cu 0,08 <0,5 Mn 0,02 <0,5 Cd 0,16 <0,5 Ag 0,01 <0,5 Fe 4,8 Si02 0,5 1,5 343

8 7D..!!:.:; 11..:;.:; ESFALERITA ,,..:; I GALENA !i!l ! 26' c: 20.. L 2 Figura 4 - Difratgramas das amstras de galena e esfalerita utilizadas n presente trabalh, Ga-galena, Es-esfalerita e Pi-pirita. Os resultads btids ns ensais relativs às medidas d ângul de cntat, e, de amstras de galena cndicinadas eletrquimicamente em diverss ptenciais estã apresentads nas Figuras 5 e 6. Os gráfics mstram s valres de e em funçã d ptencial de eletrd (mv), variand em intervals de 100 mv dentr da faixa de a mv e valres d ph iguais a 8,0; 9,0; 10,0 e 11,0. Pde ser bservad que cmprtament hidrfilic/hidrfóbic da galena é frtemente dependente d ptencial de eletrd, ns valres de ph estudads (8, 9, 10, II). Na faixa de ptencial de -300 a 50 m V, a galena apresenta caráter hidrfóbic, cmprtament esse que pde ser atribuíd à dessrçã d xantat da superficie da galena através da seguinte reaçã [I 0]: Pb(C 2 H,OCS 2 ) 2 +S+2e- <::::> PbS+2C 2 H,OCS; E 0 =-157 mv (I) De fat, esses resultad sã crrbrads pels testes de micrfltaçã, cujs resultads estã apresentads na Figura 7, nde é mstrada a fltabilidade da galena em funçã da variaçã d ptencial, para ph 8,0 e 9,0. O estud fi feit nas mesmas cndições utilizadas para as medidas d ângul de cntat. Cnstatu-se prtant, uma baixa fltabilidade d mineral na faixa de ptencial cmpreendida entre -250 e 50 mv, 344

9 que cincide cm a regiã nde ângul de cntat é nul. Nas regiões de ptenciais de a -500 mv e SOO a 1200 mv bservam-se maires variações d índice de fltabilidade, u seja, de 20 até 90%. Os resultads das análises pr XPS, apresentads na Tabela III, basearam-se na razã C:Pb das amstras cndicinadas eletrquimicamente. Pde ser bservad que a amstra C é a que apresenta menr ter de carbn, dentre as previamente tratadas. Sua razã C:Pb é inclusive bastante inferir a seis (valr teóric para etilxantat de chumb). O mesm já nã acntece cm a.s utras amstras, que indicam um excess de carbn, e cnseqüentemente de xantat, em sua superficie. Lg cnfirmam s resultads btids ns testes de ângul de cntat e de fltabilidade, refrçand também a hipótese frmulada através da reaçã (I). Os ensais de micrfltaçã cm esfalerita natural fram cnduzids para valres de ph 8,0; 9,0; 10,0 e 11,0. Os resultads estã apresentads na Figura 8. Pde ser bservad que a fltabilidade variu entre 70 e 90%, para tda a faixa de ph estudada ph=8.0 - ph=9,0 e u ""' "' ;; bo ' lo 01H E vs. EPH (mv) Figura 5 - Resultads das medidas d ângul de cntat, cm galena natural, para valres d ptencial variand dentr da faixa de a m V, para valres d ph 8,0 e 9,0. 345

10 SOr ph IO,O ---ph II,O 'Ô' 40 l'í 30 c:: u => C>C lo ' 0 I I I I... I I E vs. EPH (mv) Figura 6 - Resultads das medidas d ângul de cntat, cm galena natural, para valres d ptencial variand dentr da faixa de a +I 200 m V, para valres d ph 10,0 e I 1,0. (,) "" e Q)!} u Q) ph = ph = 9.0 lo I too E vs. EPH (mv) Figura 7 - Resultads btids ns ensais de micrfltaçã, cm galena natural, para valres d ptencial variand de a mv e valres de ph iguais a 8,0 e 9,0. 346

11 !!.-... g-... & ::1 () lo lo II 12 ph Figura 8 - Resultads btids ns ensais de micrfltaçã, cm esfalerita natural, para valres d ptencial variand de ph iguais a 8,0, 9,0, 10,0 e 11,0. Tabela III - Dads cmparativs das relações C:Pb btids pr XPS, para as amstras de galena fresca e plarizada. AMOSTRA RELAÇÕES Pb: S Galena Fresca. 1,00 : 0,97 A B c Pb(C,H,OCS, ) 2 A, B, C, e O crrespndem respectivamente as pics A, B, C e O. Pb: C 1,00: 7,97 1,00: 14,09 1,00:2,82 1,00: 19,63 I: 6 347

12 Cnclusões Os testes de ângul de cntat e micrfltaçã, das amstras tratadas eletrquimicamente, mstraram que a galena é deprimida numa faixa de ptencial cmpreendida entre -300 e 50 mv. A depressã da galena deve ter sid causada pela dessrçã d etilxantat da sua superfície, através da equaçã (I). Nas demais faixas de ptencial fram btidas ntabilidades, para a galena, de até 90%. A fltabilidade da esfalerita variu de 70 a 90%, na faixa de ph estudada. Os resultads indicaram a pssibilidade de fltar seletivamente s dis minerais. Referências Bibligráficas I. WOODS, R.; YOUNG, C. A.; YOON, R. H. Ethyl xanthate istherm and Eh-pH diagrams fr cpper-water-xanthate and chalccite-water-xanthate systems Internatinal Jurnal f Mineral Prcessing, Amsterdam, v.30, p.l7-33, WOODS, R. Chemisrptin f thils and its rle in fltatin. ln: CASTRO, S.; AL VAREZ, J. (Ed.). Fltatin: A vlume in memry f Alexander Sutulv. Cncepcin, Chile: University fcncepcin v. p.l WOODS, R. Electrchemistry f sulphide f/tatin. ln: FUERSTENAU, M. C. (Ed.). Fltatin A. M. Gaudin memrial vlume. New Yrk, 2v v.!, p RICHARDSON, P. E.; YOON, R. H; WOODS, R. et ai. The phtelectrchemistry f galena. lnternatina/ Jurnal f Mineral Prcessing, Amsterdam, v.41, p.77-97, RALSTON, J. Eh and its cnsequences in sulphide mineral fltatin. Minerais Engineering, v.4, n.7-ll, p ,

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