Tratamento de minérios. Flotação. (floating) 6/6/19

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1 Tratamento de minérios Flotação (floating) 6/6/19

2 Por que algumas coisas molham e outras não? Até o final da aula você responderá 2

3 Flotação Tratamento de minérios A tabela abaixo mostra os minerais constituintes de um minério hipotético e algumas de suas respectivas propriedades. Mineral (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 Selecione, a seu critério, um Mi e proponha uma operação para concentrá-lo. Solução: Flotação 3

4 Flotação - definição É uma operação unitária que consiste na Concentração de Minérios baseada na diferença de MOLHABILIDADE dos minerais contidos. Recuperação de finos Aplicação na grande maioria de minérios Vantagens: 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 m

5 Introdução 5

6 Flotação Tratamento de minérios

7 Introdução Flotação 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) 7

8 Flotação 1906 flotação É a operação mais versátil e mais importante do tratamento de minérios Tipos de flotação: a) Flotação direta F C overflow R underflow b) Flotação reversa F R overflow C underflow Balanço de massa geral : F = C + R Balanço de massa do Mi : F xf = C xc + R 8 XR 10/6/19

9 Flotação Exercício 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. OK OK OK 9

10 Revisão de tensão superficial Comparação entre as forças de atração de moléculas na superfície e no interior de um líquido Átomos ligam apenas com seus vizinhos do interior e com o ar Átomos fracamente ligados e movem incessantemente A superfície de um sistema tem sempre um excesso de energia comparado com o interior 10

11 Revisão de tensão superficial L A da X dx F F dx ~ da F dx = da da = Ldx = F/2L 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 11

12 Revisão de tensão superficial Tensão Superficial para Líquidos em Contato com o Ar Substância Temperatura/ C (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 12

13 Revisão de tensão superficial 13

14 Probabilidade termodinâmica de ocorrer flotação S (bolha) Área LG Área SG S (partícula) Área SL 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 14

15 Probabilidade termodinâmica de ocorrer flotação Energias interfaciais envolvidas LG SL SG Interfaces envolvidas Estágio 1 Estágio 2 A A SL SL. A. SL SL LG LG LG LG. A. A. SG A LG ASL 1. SL ALG 1. LG SG SG A SL A SG Considerando A SG = 1 G SG SL LG 0 15

16 Probabilidade termodinâmica de ocorrer flotação SG SL LG. cos SG SL LG. cos G. cos LG LG G LG. cos 1 é o ângulo de contato ou ângulo de molhamento dá uma idéia da hidrofobicidade de uma partícula G LG 120-1,5 LG LG Exemplos: talco, grafite, molibdenita maiores que 70º 16

17 Probabilidade termodinâmica de ocorrer flotação 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 ) TENSOATIVOS Depressores: deprime a ação do coletor ou da flotabilidade de um mineral Ativadores: ativa a ação do coletor sobre a superfície do mineral Dispersantes: separa as partículas mais finas do minério Reguladores de ph 17

18 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 Isso é bom? 18

19 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 as fibras dos tecidos. 19

20 Tensoativos 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. 20

21 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. Não-Iônicas - Substâncias contendo grupos polares e apolares, geralmente éteres, como por exemplo óxido de polietileno (PEO), nonilfenol. 21

22 MODIFICADORES 22

23 Coletores Substância química com uma parte solúvel + parte insolúvel Permite que um determinado material passe a ter afinidade pelo ar (aumenta ) Coletor ANIÔNICO + IMPORTANTES Coletor CATIÔNICO 23

24 Coletores ÂNIONICOS mais importantes Sulfidrílicos 24

25 Coletores ÂNIONICOS mais importantes Oxidrílicos Maior cadeia carbônica maior eficiência menor seletividade Sulfidrílicos somente para polpas alcalinas ou neutras evitar dissociação 25

26 Maior cadeia carbônica maior eficiência menor seletividade Mineral Ângulo de contato de xantatos em função do número de carbonos Metil (1) Etil (2) Propil (3) Butil (4) Amil (5) Galena Calcopirita Bornita Pirita

27 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 Silicato de sódio, barrilha 27

28 Exercício Dada a tabela abaixo. Minerais A 1 B 2 C 1 1 > 2 Deseja-se separar A e B de C A-B-C Uma das soluções Coletor que age sobre A, B e C Depressor para C Tipo de flotação? A-B C 28

29 Fatores que influenciam a flotação Tempo Fonte: Metso 29

30 Fatores que influenciam a flotação Efeito da quantidade de coletor 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)

31 Fatores que influenciam a flotação ph Temperatura R(%) Temperatura Cuidado!!!!!!!!! 31

32 Fatores que influenciam a flotação Granulometria das partículas 32

33 Fatores que influenciam a flotação Tamanho das bolhas 33

34 Equipamentos de flotação Células de flotação Mecânicas Pneumáticas Colunas 34

35 Equipamento de flotação Célula mecânica de flotação industrial 35

36 Equipamento de flotação Célula de flotação de laboratório - mecânica 36

37 Equipamento de flotação Célula mecânica de flotação industrial 37

38 Equipamento de flotação Célula pneumática de flotação industrial 38

39 Equipamento de flotação 39

40 Equipamento de flotação Bateria de células de flotação industrial 40

41 Flotação em coluna Equipamento de flotação 41

42 42

43 Equipamento de flotação 43

44 COLUNAS DE 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. 44

45 Equipamento de flotação Vantagens da flotação em colunas maior rendimento menor consumo de energia menor área de piso menor manutenção melhor controle 45

46 Um fluxograma de flotação 46

47 Dimensionamento de uma célula de flotação V = T. M. a V = volume da célula em ft 3 T = 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 T = 20 ton/dia A/S = 4/1 Calcular V. 6 ft 3 M = 3 min V = 6 ft 3 C R

48 Trabalho extraclasse: ler o artigo abaixo. 48

49 Por que algumas coisas molham e outras não? Sabe a resposta? 49

50 F I M 50