FLOTAÇÃO Colunas
Coluna x célula mecânica Geometria (relação altura: diâmetro efetivo). Água de lavagem. Ausência de agitação mecânica. Sistema de geração de bolhas.
Flotação em coluna Geometria (relação altura: diâmetro efetivo). Seção transversal quadrada, retangular ou circular. Diâmetro da seção transversal varia de 0,3 a 5,0 metros (colunas industriais). Altura varia de 10 a 15 metros. Duas seções distintas: Seção da coleta (seção de recuperação ou de concentração). Seção de limpeza (seção de espuma).
Flotação em coluna Polpa (condicionada) alimentada a 2/3 da altura da coluna. Seção da coleta: partículas da alimentação contatadas em contracorrente com o fluxo de bolhas de ar produzido pelo aerador (inferior). Partículas hidrofóbicas colidem e aderem às bolhas ascendentes. Bolhas transportadas até a zona de limpeza (camada de espuma de 1 metro de espessura).
Flotação em coluna Partículas hidrofílicas removidas na base da coluna. Parte superior da coluna: adicionada água de lavagem (dispersores). Adequada distribuição da água no interior da camada de espuma. Estabilização da espuma.
Terminologia Hold up Fração volumétrica ocupada por uma das fases em um dado ponto da coluna. Exemplo: hold up do ar: determinado na seção de coleta e representa uma medida da quantidade de ar, expressa em porcentagem, do volume total da coluna, ocupada pelo ar.
Terminologia Velocidade superficial (cm/s) Relação entre a vazão volumétrica de determinada fase e a área da seção transversal da coluna. Permite a comparação das variáveis operacionais entre colunas de diferentes dimensões.
Terminologia Velocidade intersticial (cm/s) Relação entre a vazão volumétrica de determinada fase por unidade de área disponível para esta mesma fase. Sistema de três fases: sólido, líquido e ar, a área ocupada por uma das fases é a área total menos a área ocupada pelas outras duas fases.
Terminologia Velocidade relativa Velocidade resultante entre duas fases distintas. Obtida pela diferença ou soma das velocidades absolutas de cada fase: Movimentos no mesmo sentido: diferença. Movimentos no sentido oposto: soma.
Terminologia Bias Fração residual da água de lavagem, adicionada no topo da coluna, que flui através da seção de limpeza. Ação de limpeza na espuma (rejeição de partículas hidraulicamente arrastadas). Operacionalmente: diferença entre a vazão volumétrica de polpa da fração não flotada e da alimentação. diferença entre a vazão da água de lavagem e da água no flotado.
Terminologia Bias positivo: vazão volumétrica de polpa da fração não flotada MAIOR do que a vazão volumétrica de polpa da alimentação. Bias positivo: O fluxo residual se deslocar para baixo (vazão da água de lavagem suficiente para substituir a água de alimentação na fração flotada e promover o deslocamento de uma fração de água nova para a base da coluna). Bias negativo: vazão volumétrica de polpa da fração não flotada MENOR do que a vazão volumétrica de polpa da alimentação.
Terminologia Capacidade de carregamento (g/min.cm 2 ) Vazão mássica de sólidos descarregada por área de transbordo da coluna. Capacidade de transbordo (g/min.cm) Relação entre a vazão mássica de polpa e o perímetro de transbordo da coluna.
Terminologia Capacidade de carga (g/min.m 3 ) Vazão mássica máxima de sólidos flotada por unidade volumétrica de ar. Convenção de fluxos Positivos: fluxos descendentes de sólido e líquido e o fluxo ascendente de ar.
Operação da coluna O controle de operação da coluna é realizado através de ajustes em diversas variáveis operacionais: a) vazão de ar; b) vazão de água de lavagem; c) altura da camada de espuma; d) tamanho das bolhas; e) tamanho das partículas minerais; f) bias; g) tempo de residência; h) hold up.
Vazão de ar Uma das variáveis mais importantes no processo, e também a mais comumente ajustada. Influencia o tamanho e a quantidade de bolhas adequadas para a coleta e o transporte do mineral de interesse. Recuperação do mineral crescente: aumento da vazão do ar até um valor máximo (aumento do número e da área superficial das bolhas). Um acréscimo excessivo da vazão pode causar turbulência ou formação de espuma na zona de recuperação, interferindo negativamente no desempenho da flotação.
Vazão de ar: Aeradores Aerador microporoso. Materiais: cerâmica, aço e polipropileno microporoso. Desvantagem: entupimento e a impossibilidade de manutenção quando em operação.
Vazão de ar: Aeradores Aerador de lanças perfuradas. lanças perfuradas com orifício de 0,9mm, revestidos com material resistente ao desgaste (cerâmica ou carbeto de tungstênio). Passagem do ar sob pressão pelos orifícios da lança. Vantagens: possibilidade de remoção, inspeção e substituição dos injetores com a coluna em operação. Geração de bolhas menores e mais uniformes.
Água de lavagem Três funções básicas: Minimizar o arraste hidráulico de partículas hidrofílicas. Aumentar a altura e a estabilidade da camada de espuma. Reduzir a coalescência das bolhas mantendo o leito de bolhas expandido. Alternativa para se obter maior seletividade do processo sem perda de recuperação. Eficiência da água de lavagem relacionada a sua distribuição: deve abranger toda a área da seção da camada de espuma (não atrapalhar a saída da parte flotada).
Água de lavagem Efeito da água de lavagem nas colunas: A água de lavagem tende a substituir a água da alimentação no material flotado. A água de lavagem distribuída entre a fração de material flotado e a fração que retorna a seção de coleta. Criação de um fluxo descendente de água que minimiza os efeitos de arraste hidráulico das partículas que possam contaminar o produto flotado.
Água de lavagem O aumento da vazão da água de lavagem acarreta uma diluição da fração flotada, dificultando e elevando os custos das etapas posteriores do processamento (espessamento e filtração). O aumento da vazão da água de lavagem acarreta uma redução no tempo de residência na seção de concentração, traduzindo-se em perda de recuperação da coluna.
Altura da camada de espuma Colunas industriais: 0,5 a 1,5m. Escala piloto: 0,4 a 1,0m. vazão de ar moderada: camada de espuma baixa. vazão de ar alta ou maior seletividade no processo: camada de espuma mais alta. Dividida em três seções: Leito de bolhas expandidas. Leito de bolhas empacotadas. Espuma de drenagem convencional.
Leito de bolhas expandidas Acima da interface polpa-espuma. Resultado dos choques das bolhas com a interface, que gera uma onda de choques e, em consequência, a coalescência das bolhas formando um leito de bolhas expandidas.
Leito de bolhas empacotadas Se estende desde o topo do leito de bolhas expandidas até o ponto de introdução da água de lavagem. Coalescência moderada das bolhas, cassada pelo movimento das bolhas maiores que atravessam a camada de espuma, ainda com formato esférico.
Espuma de drenagem convencional Imediatamente acima do ponto de introdução da água de lavagem. Espuma de drenagem. Conteúdo de líquido na fração inferior a 20%.
Tamanho das bolhas de ar Um dos avanços significativos na utilização das colunas de flotação é a possibilidade de controlar o tamanho das bolhas por meio do ajuste das condições operacionais do sistema de aeração e da adição de agentes tensoativos.
Tamanho das bolhas de ar Influencia diretamente no efeito de coleta e transporte das partículas minerais. Tamanho das bolhas definido através das condições operacionais do aerador que está sendo utilizado na coluna. Bolhas pequenas têm maior área superficial possibilitando maior cinética da coleta e transporte dos sólidos. Se a bolha for muito pequena sua velocidade poderá ser menor que a da polpa decrescente acarretando na perda das partículas agregadas a elas. Tamanho médio de bolhas: 0,5 a 2,0mm.
Tamanho das partículas minerais Não é uma variável operacional, mas influencia o processo. Flotação de partículas mais finas mais vantajosa com relação as mais grossas. Contudo, usa-se cada vez mais a flotação em coluna mesmo para partículas grosseiras. Vantagens de seletividade, recuperação e custo.
Tempo de residência Afeta tanto o teor como a recuperação do material flotado. Variações no tempo de residência efetuadas por: alterações na taxa e na concentração de sólidos na alimentação, Vazão de água de lavagem, Hold up do ar, Altura da seção de recuperação da coluna.
Tempo de residência A seção de recuperação da coluna deve ter altura suficiente para permitir que as partículas hidrofóbicas em sedimentação sejam coletadas pelas bolhas ascendentes de ar. Tempos de residência relacionados com: Vazão de ar, Vazão de polpa.
Célula mecânica x colunas Recuperação Possibilidade da geração de bolhas de tamanho controlado e diâmetros inferiores aos da célula mecânica. Maior área superficial das bolhas: aumento da probabilidade de colisão entre as partículas minerais e as bolhas de ar. Aumento da recuperação de partículas finas na fração flotada. Tempo de residência: bolhas geradas na base e percorrem todo o comprimento da seção de recuperação. Aumento na recuperação da fração fina.
Célula mecânica x colunas Teor Produto na fração flotada com maior teor devido a: Ausência de turbulência na interface polpa-espuma minimiza o arraste hidráulico das partículas hidrofílicas da seção de coleta para a de limpeza. Elevada altura da camada de espuma: maior efeito de filtro das partículas hidrofílicas arrastadas pelas bolhas de ar. Utilização da água de lavagem reduz a quantidade de partículas hidrofílicas arrastadas da seção de coleta para a de limpeza.
Célula mecânica x colunas Custo Menor custo de investimento devido a: Menor número de etapas de limpeza. Ausência de peças móveis na coluna: menor custo de manutenção. Menor número de pontos de controle. Menor área necessária.
Flotação em colunas: vantagens Maior recuperação de partículas minerais finas e grossas através do controle das dimensões das bolhas de ar; Aumento da probabilidade de adesão partícula-bolha devido ao fluxo contracorrente; Seletividade eficiente: diminuição do arraste de partículas hidrofílicas da polpa para a espuma, controle da altura da camada de espuma e uso da água de lavagem;
Flotação em colunas: vantagens Diminuição do espaço requerido na usina devido à sua forma predominantemente vertical; Baixo custo e simplicidade de fabricação, instrumentação e controle das colunas; Baixo custo de manutenção; Menor consumo energético.