CARACTERÍSTICAS DAS SUPERFÍCIES DE ITABIRITO COMPACTO E SEUS COMPONENTES MINERAIS PRINCIPAIS COM E SEM ADSORÇÃO DE AMIDO GELATINIZADO

Transcrição

1 CARACTERÍSTICAS DAS SUPERFÍCIES DE ITABIRITO COMPACTO E SEUS COMPONENTES MINERAIS PRINCIPAIS COM E SEM ADSORÇÃO DE AMIDO GELATINIZADO M. D. F. Albuquerque 1,3, R. A. Simão 2, M. B. M. Monte 1, L. S. Leal Filho 3 1 Coordenação de Processo e Tecnologias Minerais, Centro de Tecnologia Mineral - CETEM, Av. Pedro Calmon, 900, Ilha da Cidade Universitária, , Rio de Janeiro, RJ, Brasil mduarte@cetem.gov.br 2 Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais, COPPE/UFRJ 3 Instituto Tecnológico Vale - ITV, Avenida Juscelino Kubitschek, 31, Ouro Preto, MG , Brasil RESUMO A flotação é um processo aplicado para separar o itabirito em seus componentes minerais, pelo emprego de um depressor (amido gelatinizado) que se adsorve preferencialmente na superfície dos minerais de ferro e, em seguida, de um coletor (eteramina), que adsorve preferencialmente na visando a hidrofobização da superfície do quartzo. Superfícies de quartzo, hematita e itabirito compacto foram lixadas e polidas. Posteriormente, um condicionamento com amido gelatinizado foi realizado sobre as superfícies do quartzo e da hematita. As técnicas de caracterização utilizadas nesse estudo foram a microscopia de força atômica (AFM) e a microscopia óptica de luz refletida, onde pode-se distinguir as características principais dessas superfícies. Palavras-chave: Amido gelatinizado, itabirito, quartzo, hematita, AFM. INTRODUÇÃO O itabirito é uma rocha metamórfica, cujos principais componentes minerais são o quartzo e os óxidos de ferro. Na prática industrial, a separação dos minerais de ferro da ganga quartzosa, que estão contidos no itabirito compacto, é realizada por meio da técnica de flotação. Nesse processo alguns reagentes são adicionados na polpa do minério com o intuito de modificar as superfícies tanto dos minerais de ferro quanto do quartzo. Para isso, um depressor adsorve-se na superfície dos minerais de ferro e, em seguida, ocorre a adsorção de um coletor na superfície do quartzo. A flotação de silicatos tem sido conduzida invariavelmente com aminas de cadeia longa, mais particularmente com sais produzidos a partir da neutralização de 7822

2 aminas primárias com ácidos fracos. Tais produtos apresentam relativamente alta solubilidade em meio aquoso, facilitando sua ação como agente coletor (1). O amido, que é um polissacarídeo de reserva dos vegetais, é composto basicamente por dois tipos de polímeros de glicose: a amilose e a amilopectina, que possuem estruturas e funcionalidades distintas. A amilose é um polímero linear formado por unidades de D-glicose ligadas por ligações α-(1 4), que, dependendo da fonte do amido, pode possuir grau de polimerização de 200 a A amilopectina é composta por unidades de D-glicose ligadas por meio de ligações α- (1 4) e possui ramificações em α-(1 6), sendo um polímero altamente ramificado (2,3). Os minerais contendo ferro são deprimidos por amido de milho gelatinizado, sendo este amido constituído de 25% de amilopectina e 75% de amilose, aproximadamente (4). Esse reagente adsorve-se seletivamente na superfície dos minerais de ferro, mantendo-os hidrofílicos mesmo após a adição do coletor, que torna a superfície do quartzo hidrofóbica. O quartzo é, então, flotado a partir de éteraminas e, eventualmente, por uma mistura éter-diamidas e éter-monoaminas (5,6,7). Essa técnica é conhecida como flotação catiônica reversa, que ocorre quando os minerais de interesse ficam na polpa mineral, enquanto os minerais de ganga são recuperados por flotação por meio de um coletor catiônico, sendo o quartzo o mineral principal de ganga. Uma das causas da perda de eficiência no processo de flotação catiônica reversa do minério de ferro pode estar relacionada à presença do quartzo no material afundado. As partículas não são recuperadas por flotação, em particular, por questões hidrodinâmicas, e podem ainda serem arrastadas para o fundo da célula de flotação, por não se apresentarem eficientemente hidrofóbicas. O amido também pode interagir com as partículas de quartzo e inibir em parte a adsorção do coletor, eteramina, diminuindo a cobertura hidrofóbica das partículas e, consequentemente, a seletividade do processo (7). A técnica de microscopia de força atômica (AFM) propicia captar imagens topográficas e de contraste de fase para a caracterização morfológica e físicoquímica da superfície de um material, sendo possível também avaliar as propriedades elásticas, a adesão e outras, como a rugosidade do material. 7823

3 As características de superfície do itabirito e de seus componentes minerais principais, na presença e na ausência de amido de milho gelatinizado, por microscopia de força atômica, podem fornecer informações úteis sobre a adsorção competitiva deste depressor entre quartzo e hematita, um tema pouco investigado. O objetivo desse trabalho foi identificar as características principais da superfície de hematita e de quartzo, na presença e ausência de amido de milho gelatinizado, ex-situ, por microscopia de força atômica. A microscopia óptica de luz refletida foi ainda utilizada para se obter imagens da superfície do itabirito compacto, as quais foram comparadas com as obtidas por AFM. MATERIAIS E MÉTODOS Para realizar o estudo foram utilizadas amostras de quartzo, hematita e itabirito compacto, de alta pureza, oriundas do estado de Minas Gerais. As seções de quartzo (101), hematita (001) e itabirito compacto foram cortadas, embutidas em resina epóxi, lixadas e, em seguida, polidas com suspensão de diamante (1µm). Logo após, todas as amostras foram limpas ultrassonicamente em etanol e água deionizada, separadamente, por um período de 10 min e, depois, essas amostras foram secas com um jato suave de gás nitrogênio ultra puro. Após o polimento, as seções de quartzo (101) e hematita (001) foram condicionadas com o amido milho gelatinizado, em ph 10,5, na concentração de 1000 mg/l durante 10 min. Posteriormente, o excesso de amido das amostras foi retirado e as suas superfícies foram secas suavemente com gás nitrogênio. Para realizar o condicionamento, o amido de milho (Vetec) foi gelatinizado com hidróxido de sódio (10% p/p) na proporção de 5:1 em agitação magnética. Microscopia de Força Atômica (AFM) As análises de AFM foram realizadas no microscópio 1MPlus da JPK Instruments e também no microscópio NanoScope V (MultiMode 8) da Bruker. As imagens foram feitas no modo contato intermitente e as pontas utilizadas foram da Bruker (modelo RFESP) com constante de mola de 3 N/m. As imagens foram analisadas por meio dos programas JPK image processing V.3 e NanoScope Analysis 1.5. Essa caracterização foi realizada para as superfícies de quartzo e hematita (antes e depois do condicionamento com amido de milho gelatinizado) bem como para a superfície do itabirito compacto. 7824

4 Microscopia Óptica de Luz Refletida Esta análise foi realizada sobre a superfície do itabirito compacto utilizando-se um microscópio óptico PILine da ZEISS com câmera digital AxioCAM MRc 5 da ZEISS. RESULTADOS E DISCUSSÃO As imagens topográficas obtidas por AFM para o monocristal de quartzo (101) e hematita (001) após preparação da superfície estão apresentadas nas Figuras 1(a) e 1(c). A rugosidade média quadrática (RMS) obtida para as superfícies de quartzo e hematita foram 0,96 nm e 2,42 nm, respectivamente. Valores similares de rugosidade para essas superfícies foram encontrados na literatura, corroborando com o método de preparação da superfície das amostras que foi utilizado nesse estudo (6,8). As Figuras 1(b) e 1(d) mostram as imagens de topografia do monocristal de quartzo e de hematita, respectivamente, após condicionamento com amido de milho gelatinizado. De acordo com as imagens topográficas foram observadas áreas não adsorvidas ou com uma fina camada de amido na superfície do quartzo. Por outro lado, observou-se que o condicionamento feito com amido gelatinizado na superfície da hematita proporcionou uma cobertura homogênea em toda a sua superfície. 7825

5 (a) (b) (c) (d) Figura 1: Imagens topográficas de AFM: (a) após preparação da superfície de quartzo; (b) após condicionamento com amido de milho gelatinizado na superfície de quartzo; (c) após preparação da superfície de hematita; (d) após condicionamento com amido de milho gelatinizado na superfície de hematita. No estudo realizado com a superfície do itabirito compacto pode-se observar, a partir da fotomicrografia apresentada na Figura 2, os seus minerais constituintes, como o quartzo e a hematita. É possível notar nesta imagem os poros existentes na hematita, além das inclusões de hematita no quartzo. 7826

6 Quartzo Hematita Poro Inclusão de hematita em quartzo Figura 2: Fotomicrografia do itabirito compacto obtida por microscopia óptica. A Figura 3 mostra a topografia e o contraste de fase da parte referente à hematita no itabirito compacto. As estruturas mais escuras existentes na imagem de topografia são os poros contidos na hematita. (a) (b) Figura 3: AFM da parte referente à hematita no itabirito compacto: (a) topografia; (b): contraste de fase. A imagem do itabirito compacto obtida por meio do microscópio óptico que está acoplado ao AFM pode ser observada na Figura 4. A região marcada em azul, que contém a inclusão da hematita no quartzo, mostra o local aonde foi feita a imagem de AFM. Pode-se observar por meio dessa figura que a imagem obtida por 7827

7 microscopia óptica distingue melhor os minerais constituintes do itabirito compacto do que a imagem topográfica feita por AFM. Figura 4: Microscopia óptica e AFM do itabirito compacto. A Figura 5 mostra a imagem de topografia e contraste de fase da inclusão da hematita no quartzo. Nesse caso, observa-se que a imagem de contraste de fase também não diferencia a hematita do quartzo. 7828

8 (a) (b) Figura 5: AFM da inclusão de hematita no quartzo: (a) topografia; (b) contraste de fase. CONCLUSÃO A partir das imagens obtidas por meio do AFM notou-se que a preparação da superfície das amostras de quartzo (101) e hematita (001) foi eficiente, quando comparada com a literatura. Além disso, as imagens de AFM mostraram áreas não adsorvidas ou com uma fina camada de amido de milho na superfície do quartzo que certamente não interfere na adsorção posterior do coletor (eteramina). No caso das imagens obtidas por meio do microscópio óptico e do AFM para o itabirito compacto observou-se que a caracterização morfológica utilizando o microscópio óptico oferece mais informações do que a caracterização realizada por AFM, uma vez que a técnica de microscopia óptica conseguiu distinguir melhor os componentes minerais do itabirito compacto, que são a hematita e o quartzo. Em adição, a imagem de contraste de fase também não diferenciou a hematita do quartzo. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a Capes/ITV pela bolsa concedida e ao CETEM pela infraestrutura. REFERÊNCIAS 1. Vidyadhar, A.; Rao, H.K.; Chernyshova, I.V.; Pradip, K.S.; Forsberg, E. Mechanisms of amine-quartz interaction in the absence and presence of alcohols studied by spectroscopic methods. J. Colloid Interface Sci., v. 256, p ,

9 2. Ellis, R.P.; Cochrane, M.P.; Dale, M.F.B.; Duffus, C.M; Lynn, A.; Morrison, I. M.; Prentice, R.D.M.; Swanston, J.S.; Tiller, S.A. Starch production and industrial use (Review). J. Sci. Food Agric., v. 77, p (1998). 3. Mali, S.; Grossmann, M.V.E.; Yamashita, F. Filmes de Amido: Produção, Propriedades e Potencial de Utilização, Semina: Ciênc. Agrár., v. 31, p (2010). 4. Martins, M.; Lima, N.P.; Leal Filho, L.S. Depressão de minerais de ferro: influência da mineralogia, morfologia e ph de condicionamento. REM: R. Esc. Minas, v. 65, p , (2012). 5. Araujo, A.C.; Viana, P.R.M.; Peres, A.E.C. Reagents in iron ores flotation. Miner. Eng., v.18, p , Shrimali, K.; Jin, J.; Hassas, B.V.; Wang, X.; Miller, J.D. The surface state of hematite and its wetting characteristics. J. Colloid Interface Sci., v. 477, p , Shrimali, K.; Yin, X.; Wang, X.; Miller, J. D. Fundamental issues on the influence of starch in amine adsorption by quartz. Colloids Surf. A: Physicochem. Eng. Aspects, v. 522, p , Liu, B.; Wang, X.; Du, H.; Liu, J.; Zheng, S.; Zhang, Y.; Miller, J.D. The surface features of lead activation in amyl xanthate flotation of quartz. Int. J. Miner. Process., v. 151, p , CHARACTERISTICS OF SURFACES OF COMPACT ITABIRITE AND ITS MAIN MINERAL COMPONENTS WITH AND WITHOUT ADSORPTION OF GELATINIZED STARCH ABSTRACT Flotation is a process applied to separate the itabirite in its mineral components by the use of a depressor (gelatinized starch) which adsorbs preferentially on the surface of the iron minerals and then the adsorption of the collector (etheramine) aiming at hydrophobization of the quartz surface. Surfaces of quartz, hematite and compact itabirite were sanded and polished. Subsequently, a gelatinized starch conditioning was performed on the quartz and hematite surfaces. The characterization techniques used in this study were atomic force microscopy (AFM) and microscopy of reflected light, where the main characteristics of these surfaces can be distinguished. Keywords: Gelatinazed starch, itabirite, quartz, hematite, AFM. 7830