UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS – UFMG INSTITUO DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
ABORDAGEM QUÍMICA DO BENEFICIAMENTO MINERAL
Wemerson José Tavares Professor Orientador: Maria Irene Yoshida Professor Leitor Crítico: Wagner Mussel Belo Horizonte, Dezembro de 2008
UNIVERSIDADE FEDERAL DE MINAS GERAIS – UFMG INSTITUO DE CIÊNCIAS EXATAS DEPARTAMENTO DE QUÍMICA
ABORDAGEM QUÍMICA DO BENEFICIAMENTO MINERAL Monografia orientada pela professora Maria Irene Yoshida, apresentada na disciplina Monografia em Ensino de Química, como requisito parcial à obtenção do título de Licenciado em Química Química
Wemerson José Tavares Professor orientador: Maria Irene Yoshida Professor Leitor crítico: Wagner Mussel Belo Horizonte, Dezembro de 2008
2
Agrad Ag rad eci ment men t os ,
A minha família em especial aos meus pais José Felipe & Maria Aparecida, a minha esposa Fabiana, também pela sempre presença de minhas queridas irmãs e Úrsula aos quais dedico esta conquista.
Aos professores Sra. Maria Irene Yoshida e ao Sr. Wagner Mussel pela aceitação do desafio deste trabalho e pelo apoio ativo à elaboração desta monografia.
A família do departamento de Química pelo apoio e incentivo, incluindo meus queridos companheiros de curso, professores e amigos.
À Deus, o principal pri ncipal responsável por tudo isto!
Como professor crítico, sou “aventureiro” “ aventureiro” responsável, Predisposto à mudança, à aceitação do diferente Paulo Freire
3
Resumo
O interesse pela apresentação deste trabalho esta relacionado ao propósito de superar um ensino tradicional distanciado do contexto local dos estudantes, fundamentado em transmissão de conhecimentos enfatizando a memorização, superdimensionado o ensino de conceitos em débito de outros objetivos sociais. “ Os ob jetivos, conteúdo e estratégias estratégias de ensino d e química atual atual estão dissociados das necessidades requeridas para um curso voltado para a form ação da cidadania” . (Santos; (Santos; Schn eitzler, 1997 1997). ).
O trabalho apresentado tem por objetivo abordar tema químico social que desperte o senso crítico dos alunos do ensino técnico em Química, possibilitando aos mesmos relacionar e compreender fatos de seu cotidiano á conceitos químicos conseguindo dessa forma interagir de forma crítica com o meio em que esta iinserida. nserida. Outro fato que contribui para a seleção deste tema deve-se à região em que vivemos (Itabira região centro leste do estado de Minas Gerais) estar localizado o quadrilátero ferrífero cuja principal fonte de economia esta baseada no extrativismo, beneficiamento beneficiamento e transformação do minério de ferro. A abordagem do tema “aspectos químicos em transformação mineral” possibilita também uma rica gama de situações em que haverá possibilidade de relacionar e compreender
importantes
conceitos
químicos,
tais
como
interações
intermoleculares, tensão superficial, métodos de separação dentre outros. Além disso, é possível também explorar aspectos e impactos ambientais da extração e
transformação
mineral.
Estudando
e
avaliando
assuntos
como
Monitoramento de Emissões Atmosféricas, Gestão de Recursos Hídricos, tratamento de resíduos industriais dentre outros temas.
4
Índice
Introdução
7
A relevância do contexto: mineração
8
O Meio ambiente contexto presente pr esente mundial
9
Metodologia
10
Conceito de beneficiamento Mineral
11
Breve Histórico
13
Minerais e seu uso
13
Necessidade de Beneficiamento
15
Finalidade econômica e social
15
Aspectos e impactos ao Meio Meio Ambiente
16
Demonstração do processo de concent concentração ração mineral
17
Flotação: Conhecendo o coração do beneficiamento beneficiamento mineral!
20
Introdução
20
Hidrofobicidade
21
Coleta
22
Modulação da coleta
24
Agente Depressor
26
Flotação – demais usos no cotidiano
27 5
Flotação – compreendendo a “química” do processo
30
Experimentação do ensino: ensino: Prática Prática de separação de misturas misturas Flotação Flotação 33 O beneficiamento beneficiamento de minérios e o meio ambiente
35
Flotação – meio de descontaminação de efluentes industriais da indústria mineral
35
Abordagem da flotação em livros didáticos
36
Considerações finais
37
Referências Bibliográficas
39
Anexos
40
6
Introdução
O trabalho foi realizado com alunos do curso técnico de Química da instituição de ensino Centro Educacional Santa Edwiges da faixa etária média de 18 a 20 anos, que residem em uma cidade onde a mineração é a principal atividade econômica. Conforme destacado anteriormente este trabalho fundamenta-se no propósito de contextualizar o ensino de química, aproximando a teoria química a fatos importantes do dia a dia da comunidade. A importância de mudanças no ensino de química não se resulta apenas por necessidade de novas ideologias de ensino, mas também por necessidades destacadas em recentes mudanças nas orientações curriculares (PCN). O ensino de Química deve estar relacionado com temas sociais e de relevância no cotidiano dos alunos. É interessante também analisarmos que o assunto abordado vem de encontro à proposta de Paulo Freire, devido ao tema ser extraído da vivência cultural dos alunos e professores, que estão incluídos em uma sociedade a qual depende econômico, social e politicamente da atividade mineradora. A contextualização do ensino é defendida em normas oficiais de reforma curricular, PCN (Brasil 1999), que destaca a importância de temas regionais para o aprendizado. Desta forma o contexto dos estudantes, sua vivência cotidiana, tem sido preponderante para a eficácia do processo de ensino aprendizagem, sendo amparado oficial e legalmente pelas novas orientações curriculares que incentivam práticas pedagógicas que vão de encontro à ação transformadora do ensino que fomenta ferramentas aos estudantes que os possibilitem atuar como agentes de transformações sociais e científ científicas. icas. A partir da metodologia de ensino proposta por Paulo Freire, o trabalho discutirá temas químicos sociais utilizando para isso contextos relevantes para os estudantes. O objetivo será demonstrar como os processos de ensino aprendizagem devem dar ênfase às necessidades reais da realidade dos estudantes possibilitando o desencadeamento de um processo de ação transformadora dessa mesma realidade pela interferência de sujeitos na sociedade. 7
Nessa perspectiva, levando em consideração a vivência do educando e educador em um contexto caracterizado pela atividade extrativista de minério de ferro em Itabira (MG), foi pesquisado e identificado situações significativas relevantes aos habitantes dessa região. Conforme proposta da prática freireana de ensino, estas situações apresentam-se desafios que devem ser compreendidos e transformados.
A rele r elevân vânci cia a do d o co ntext nt exto: o: mi neração ner ação
A importância da ciência e tecnologia na produção de bens e serviços é indispensável para o crescimento, integração e consolidação de uma sociedade. Podemos destacar a “produção mineral” como atividade de elevada importância na vida social, econômica e ambiental, em especial para a região mineradora do quadrilátero ferrífero onde esta localizada a cidade de Itabira. A importância desta atividade extrapola a esfera local devido à dimensão econômica e técnico-científica que esta atividade resulta e demanda para sua continuidade. Em Itabira, principal cidade incluída no contexto desta região mineradora, muitos dos reflexos da atividade mineradora se fazem bem evidentes na economia, educação, cultura local e nos aspectos e impactos ambientais. Uma situação significativa abordada está presente no dilema que cerca a mineração observada na contraposição dos benefícios sociais econômicos em frente á degradação ambiental. Sendo que a empresa tenta minimizar os impactos ambientais através de licenciamento de operações corretivas para o que ocorra o “desenvolvimento sustentável”. Para os estudantes dessa região, tais situações incorporam fortemente o cotidiano e os professores de Química deveriam saber trabalhar de forma mais intensa aspectos dessa realidade em aulas encontrando dessa maneira o objetivo da Quím Química ica em servir servi r o enfoque temático contextualizado. contextualizado. As questões levantadas reforçam a compreensão da visão totalizada do contexto, argumentado por Freire (1997 a) ao defender ao contexto local do educando como ponto de partida para uma maior compreensão do mundo, sendo destacado ainda por Freire (1997 b) a importância de uma educação que enfoque contextos locais, mas, porém não seja apenas reducionista “focalista”. 8
Creio que o fundamental é deixar claro ou ir deixando claro aos educandos esta coisa óbvia: o regional emerge do local tal qual o nacional surge do regional e o continental do nacional como o mundial emerge emerge do continental. Assim como é errado errado f icar aderido aderido ao local, perdendo-se a visão do tod o, errado é também pairar dob re o todo sem referênci referênci a ao local de onde se veio. (FRE (FREIR IRE, E, 1997 b, P.87 – 88)
Figura1: vista parcial do complexo minerador presente em Itabira
O Meio Meio ambiente contexto presente mundial
Os problemas de poluição, resultantes da extração mineral, que afetam a cidade de Itabira e região, podem ser inseridos na discussão da crise ambiental de nossos tempos. Essa problemática tem gerado crescentes interrogações, a nível mundial, devido ao cenário preocupante e ao desafio que resulta o seu enfrentamento.
9
Em função da política desenvolvimentista adotada em décadas passadas muitos aspectos de impactos ambientais resultantes da atividade mineradora são sentidos até os dias atuais. A empresa responsável por esta atividade estuda e realiza operações corretivas que exigem conhecimento técnico aprimorado para minimizar os impactos ambientais gerados por sua atividade. É interessante destacar esse tema como uma situação significativa problematizadora, pois o mesmo nos auxilia a desmistificação da Química “tóxica” demonstrando o que existe por trás das tecnologias de despoluição de efluentes, e como o conhecimento químico auxilia no tratamento de efluentes utilizados no tratamento tratamento mineral.
Metodologia
Discutiremos neste trabalho questões que despertem a curiosidade dos alunos e que sejam úteis para elucidar conceitos químicos importantes, tais como, tensão superficial, métodos de separação, e que promovam a interação entre conhecimentos teóricos e práticos. Para Para Lima, Agui ar & Braga (199 (1999) 9) “ são os con textos qu e prendem a atenção dos alunos, que exigem novas explicações e formulações e que de alguma maneira faze fazem m parte de nossas vidas” .
Na perspectiva de abordagem temática do dia a dia dos alunos e professores, foi realizada a identificação por meio de levantamento de dados de situações significativas de relevância para os alunos do curso técnico em Química da cidade de Itabira. A situação foi destacada em função da importância desta para a formação dos alunos, devido à mesma representar um importante diferencial de conhecimento para promover a inserção no mercado de trabalho desta cidade para estes futuros profissionais. A situação exposta apresenta-se como desafio aos educandos e até mesmo os educadores possibilitando a estes, melhor com compreensão preensão da situação e também capacidade de transformá-la, sendo a educação problematizadora algo de grande importância com este objetivo.
10
O trabalho foi realizado com alunos do curso técnico de Química da instituição de ensino Centro Educacional Santa Edwiges da faixa etária média de 18 a 20 anos, que residem em uma cidade onde a mineração é a principal atividade econômica. Foi realizado durante o período de 02 meses aproveitando parte do tempo disponível para aulas de regência do estágio curricular supervisionado, dividindo nas seguintes etapas: 1 Foi elaborado um questionário aos alunos que proporcionou uma sondagem do conhecimento químico que os mesmos tinham a respeito da importância da química para o processo de beneficiamento mineral, sendo concluído que os mesmos tinham noção da relação entre química e beneficiamento mineral; 2 Posteriormente foi realizado novo questionam questionamento, ento, e os alunos não apresentaram condições de relacionar o conhecimento químico adquirido para compreensão deste processo industrial; i ndustrial; 3 Foi então preparado material que consiste na demonstração do processo de beneficiamento mineral destacando a separação de fases, sólido-líquido e sólido-sólido, a qual consiste a flotação; 4 Foi realizado trabalho de campo no qual os alunos conheceram as instalações industriais da mineradora Vale do Rio Doce e trabalho prático em laboratório enfatizando uma separação gravimétrica gravimétrica simples; 5 Foi aplicado novo questionário aos alunos para verificação da eficácia da aplicação do ensino do tema proposto.
Conceito de beneficiamento Mineral
Mineral é todo corpo inorgânico de composição química e de propriedades definidas, encontrado na crosta terrestre. Quando se tem um mineral ou agregado de minerais contendo um ou mais minerais valiosos, possíveis de serem aproveitados industrialmente temos um minério. Esses minerais valiosos, aproveitáveis como bens úteis, são denominados minerais – minério. Beneficiamento ou tratamento de minérios consiste de operações – aplicadas aos bens minerais - visando modificar a granulometria, a concentração relativa 11
das espécies minerais presentes ou a forma, sem modificar a identidade física ou química dos minerais. Um conceito mais amplo que define o tratamento de minérios como sendo um processamento no qual os minerais podem sofrer alterações de ordem or dem química, resultante de simples decomposição térmica ou mesmo de reações típicas geradas pela presença de calor. A aglomeração (sinterização e pelotização) de minérios finos, ustulação e calcinação são consideradas, dentro desse conceito, como tratamentos de minérios. Para um minério ser concentrado, é necessário que as partículas estejam fisicamente liberadas. Isto implica que uma partícula deve apresentar, idealmente, uma única espécie mineralógica. Para se obter a liberação do mineral, o mesmo é submetido a uma operação de redução de tamanho – cominuição, isto é, britagem ou moagem-que pode variar de centímetros até micrômetros. Devido ao seu elevado valor as operações de redução de tamanho são realizadas apenas para dar condições mínimas para prosseguir o processo de beneficiamento mineral. Para melhorar a moagem, faz-se o uso de operações de separação por tamanho (peneiramento, ciclonagem, etc.), nos circuito de cominuição. Uma vez que minério foi submetido à redução de tamanho, promovendo a liberação adequada de seus minerais, estes podem ser submetidos à operação de separação de espécies minerais, obtendo-se, nos procedimentos mais simples, um concentrado e um rejeito. As operações de concentração-separação seletiva de minerais – baseiam-se na diferença de propriedades entre o mineral de interesse e os minerais de ganga. Entre essas propriedades se destacam: peso especifico (densidade), suscetibilidade magnética, condutividade elétrica, propriedades de superfície, cor, radioatividade, forma, etc. Na maioria das vezes as operações de concentração são realizadas á úmido. Antes de se ter um produto para ser transportado, ou mesmo, adequado para a indústria química ou para a obtenção de metal por métodos hidropirometalúrgicos (Metalurgia Extrativa), é necessário eliminar parte da água do concentrado. Estas operações compreendem desaguamento (espessamento, filtragem) e secagem e geralmente, na ordem citada.
12
Breve Histó Histó rico
A história registra que 400 anos antes da era Cristã os egípcios já recuperavam ouro a partir de depósitos aluvionares, usando usando processos gravimétricos. O primeiro texto que se constitui em instrumento de referência sobre bens minerais foi publicado em 1956. A partir do século XVIII, com a descoberta da máquina a vapor, que se caracterizou com o início da revolução industrial, ocorreram inovações mais significativas na área de tratamento mineral. Pela metade do século XIX, em 1864, o emprego do tratamento de minérios se limitava praticamente “aqueles de Ouro, cobre e chumbo. Os grandes desenvolvimentos na área de beneficiamento de minérios ocorreram no final do século passado e início deste sendo a utilização da flotação na Austrália, em 1905, a inovação mais importante. Os avanços que se seguiram se orientaram no ponto de vista tecnológico mais ao desenvolvimento de design de equipamentos maiores e mais eficientes, à melhoria de processos através de automação e computação e a racionalização do uso de energia. O principal processo de beneficiamento mineral constitui na flotação que pode ser definido como um método de separação de misturas. misturas. A técnica utiliza diferenças nas propriedades superficiais de partículas diferentes para separálas. As partículas a serem flotadas são tornadas hidrofóbicas pela adição dos produtos químicos apropriados. Então, fazem-se passar bolhas de ar através da mistura e as partícu par tículas las que se pretende recolher ligam-se ao ar e deslocamse para a superfície, onde se acumulam sob a forma de espuma. Em resumo, a flotação é um processo de separação de sólido-líquido, que anexa o sólido à superfície de bolhas de gás fazendo com que ele se separe do líquido.
Minerais e seu uso
Qualquer atividade agrícola ou industrial, seja no campo da metalurgia, da indústria química, da construção civil ou do cultivo da terra, utiliza os minerais e seus derivados. Os fertilizantes, os metais e suas ligas, o cimento, a cerâmica, o vidro, todos são provenientes de minerais. É cada vez maior a influencia de minerais sobre a vida e desenvolvimento de um país. Com o aumento populacional aumenta a necessidade desta matéria prima para atender ás crescentes necessidades necessidades do ser humano. 13
São conhecidos diversos tipos e classes minerais, das quais podemos destacaras que se encontram no estado nativo como elementos (cobre ouro, prata, enxofre, grafita, etc.). O restante dos minerais é constituído por compostos, ou seja, com mais de um elemento químico (ex.: Barita – BaSO4, pirita – FeS2, hematita – Fe2O3, etc.). Na indústria mineral, os minérios ou minerais são geralmente classificados em três grandes classes: metálicos, não metálicos e energéticos. A segunda classe pode ser subdividida em minerais industriais, gemas e águas minerais. Os minerais industriais se aplicam diretamente, tais como se encontram ou após algum tratamento, ou se prestam como matéria prima para a fabricação de uma grande variedade de produtos. 1
tê m Minerais Metálico Metálico s: Minerais de materiais ferrosos são aqueles que têm
uso intensivo na siderurgia e formam ligas importantes com o ferro: ferro, manganês, cromo, níquel, etc. Ainda podem apresentar - sem como minerais de metais não ferrosos (cobre, alumínio, chumbo e estanho) minerais de metais preciosos (ouro, prata, platina, ósmio, irídio e paládio) e minerais de metais raros (nióbio, escândio, índio, germânio, gálio, etc.). 2
Minerais não metálicos: Minerais estruturais ou para construção-
materiais de alvenaria, rochas ornamentais, materiais para cimento, agregados e revestimento (granitos, gnaisse, quartzitos, mármore, cascalho, areia, argilas, calcário, etc.). Podem se agrupados como minerais cerâmicos e refratários (argilas, feldspato, caulim, quartzo, Magnesita, cromita, grafita, cianita, dolomita, etc.), minerais isolantes (amianto, vermiculita, etc.), minerais fundentes (fluorita, calcário, criolita, etc.), materiais abrasivos (diamante, granada, sílica, caulim, etc.), minerais de carga (talco, gesso, barita, caulim, etc.) Gemas ou pedras preciosas (diamante, esmeralda, safra, turmalina, topázio, etc.) e águas minerais e subterrâneas. 3
Minerais energéticos : Minerais que após sua decomposição possui
valor energético. Podem ser agrupados em radioativos (Urânio e tório) e combustíveis combustíveis fósseis (petróleo, turfa, linhito, carvão, antracito). Sendo que estes últimos, não são minerais no sentido técnico por não serem cristalinos e não possuírem composição inorgânica, porém são explorados por mineração e estudados geologicamente. geologicamente.
14
Necessidade Necessidade de benefic iamento
Freqüentemente, um bem mineral não pode ser utilizado tal como é extraído. Quando o aproveitamento de um bem mineral vai desde a extração até a concentração do metal, traz vantagens econômicas á metalurgia, devido ao descarte da massa que traz prejuízo ao processo metalúrgico (rejeito). Por outro lado, nem sempre é possível concentrar o minério, existem casos em que o metal de interesse é de difícil separação do rejeito devido a distribuição deste na rede cristalina dos demais compostos minerais presentes.
Finalidade econômica e social
O beneficiamento de minérios, apesar de essencialmente técnico em suas aplicações Práticas, não pode desprezar o conceito econômico. É impossível, na prática, obter uma separação completa dos constituintes minerais. Sabe-se, como regra geral, que quanto maior o teor de concent concentrados, rados, maiores são as perdas, ou seja, mais baixas são as recuperações. Como a obtenção de teores mais altos e melhores recuperáveis normalmente implicam num aumento de custo do tratamento, para a obtenção de maiores lucros esses vários itens i tens devem ser devidamente balanceados. Deve-se sempre ter em mente que os custos decorrentes do tratamento de um determinado bem mineral não devem ser maiores que o valor do produto beneficiado, salvo em situações si tuações especiais. O beneficiamento de minério, como toda e qualquer atividade industrial, está voltado para o lucro. Há, porém um conceito social que não pode ser desprezado, qual seja, o principio da conservação dos recursos minerais, por se tratar de bens não renováveis. As reservas dos bens minerais conhecidos são limitadas e não deve permitir o seu aproveitamento predatório, pois o maior lucro obtido, em menor prazo possível, dificilmente estará subordinado aos interesses sociais.
15
As pec to s e Impact Imp act os ao Mei o Ambi Am bi ent e
Há outro aspecto que também não pode ser negligenciado, sob qualquer hipótese: a conservação do meio ambiente. O tratamento de minérios chega a ser uma fonte de grande poluição ambiental além de representar no descarte dos rejeitos das usinas de beneficiamento um apreciável fator de poluição. Em países mais desenvolvidos, existe uma pressão para que o rejeito, r ejeito, ao invés de poluir os terrenos, seja usado, por exemplo, para preenchimento de minas, visando à restauração das áreas mineradas. A questão da água também é seriamente observada, devido à demanda elevada e a contaminação desta por reagentes reagentes químicos utilizados no processo de beneficiamento. beneficiamento. Como medida de minimizar o dano causado ao consumo de água, processos de recuperação são utilizados possibilitando a reciclagem da água do processo. A situação ideal para a atividade mineral é que o produto da lavra seja integralmente aproveitado, ou seja: que todos os minerais contidos no minério lavrado sejam aproveitados economicamente. Essa não é, entretanto, a realidade. Normalmente o produto da lavra é beneficiado gerando um concentrado e um rejeito. Quando os rejeitos contêm muitos minerais de interesse econômico significa que os procedimentos utilizados no beneficiamento não foram bons, caracterizando o que se chama: BAIXA RECUPERAÇÃO no beneficiamento. Essa baixa recuperação, além de significar perdas financeiras, leva a um aumento do volume de rejeitos que serão dispostos no meio ambiente, aumentando o impacto ambiental da atividade. Logo, o beneficiamento de minérios, quando bem feito, contribui para diminuir o volume de rejeitos r ejeitos e, conseqüentemente, conseqüentemente, para minimizar impactos ambientais. Por outro lado, a utilização de técnicas de beneficiamento pode contribuir se mal utilizadas, para uma poluição do ar, ar , solo e rios. São exem exemplos: plos: • Amalgamação de ouro com mercúrio; • Efluentes dos processos de flotação lançados em rios contendo reagentes químicos como: amônia, sulfetos e metais pesados, entre outros; • Alto teor de partículas finas lançadas no ar nos processos de britagem e moagem a seco;
16
Figura2: Barragem de contenção de rejeitos originados pela atividade mineradora no município de Itabira _ barragem do Pontal.
Demonstração do processo de beneficiamento mineral
O beneficiamento ou tratamento de minérios consiste em preparar granulometricamente, concentrar ou purificar por métodos físicos ou químicos sem alteração da constituição química dos minerais. Todo projeto de beneficiamento mineral deverá aperfeiçoar o processo para obter o máximo do minério e dos insumos, observada as condições de economia, segurança e meio ambiente. O beneficiamento mineral consiste de etapas que objetivam preparar o minério para a adequação ao consumo industrial do mesmo. A seguir serão apresentados alguns das etapas que antecedem a flotação para o processo de beneficiamento do minério:
1
Fragmentação: A fragmentação ou redução é uma técnica de vital
importância no processamento mineral. Um minério é submetido à fragmentação para que os minerais de interesse estejam fisicamente liberados dos minerais indesejáveis. i ndesejáveis.
17
Este processo pode ser realizado também apenas para adequação à especificação granulométrica do minério de interesse (ex. fragmentação de granito ou calcário para a produção de brita). A fragmentação envolve as etapas de britagem (maiores partículas) e moagem (menores partículas). 2
Classificação: Classificação : Etapa que antecede a concentração, que consiste em
separar as partículas minerais por seu tamanho. É realizada para controlar o tamanho das partículas para verificação se o mesmo corresponde ao especificado pelo mercado e para a verificação da eficiência da separação do mineral de interesse dos minerais indesejáveis pelo tamanho granulométrico. 3
Concentração Mineral: A concentração de minérios ocorre quando é
preciso separar os minerais de interesse dos que não o são. Para que essa separação ocorra, é preciso que o ou os minerais de interesse não estejam fisicamente agregados aos que não são de interesse, daí a importância das etapas de fragmentação e classificação, que realizam e monitoram essa separação, respectivamente. respectivamente. A razão de se dar ao processo de separação de minerais contidos em um minério o nome de CONCENTRAÇÃO pode ser bem entendido se tomarmos um exemplo prático, por exemplo, a concentração de ouro aluvionar. Ao se tomar os sedimentos de um rio numa bateia, digamos 1 kg, ele pode conter apenas uma partícula de ouro de 0,5 gramas. Neste caso diz-se que a concentração de ouro é de 0,5g/kg. Quando numa primeira operação da bateia essa massa inicial é reduzida para, por exemplo, 100 gramas, mantendo no produto a mesma partícula de ouro de 0,5g, a relação ouro/quartzo contida na bateia passa a ser de 0,5g/100g, ou seja: houve uma concentração do ouro na bateia. A separação de minerais exige que haja uma diferença física ou físico-química entre o mineral de interesse e os demais e pode ser fácil ou muito complexa, dependendo do minério. Duas propriedades físicas são as mais utilizadas na separação ou concentração de minerais: diferença de densidade e diferença de suscetibilidade magnética. Existirá a necessidade de métodos de concentração mais complexos quando não existir a diferença de propriedade física (densidade e magnética) entre os minerais que se quer separar. 18
Nesses casos podem ser usadas técnicas que tomam como base propriedades físico-químicas de superfície dos minerais, como a flotação. Não se pode esquecer-se de mencionar que é possível, também, concentrar determinado bem mineral de um minério por seleção manual, comum, até hoje, em alguns garimpos. gari mpos. A seguir serão apresentados resumos explicativos sobre o que são os principais métodos de concentração e, posteriormente, quais são mais aplicáveis aos minerais industriais, agregados para construção civil, diamante e gemas. 1
Separação/concentração Separação/concentração gravítica ou gravimétr ica: método que
apresenta bons resultados com baixo custo. O processo se baseia na diferença de densidade existente entre os minerais presentes, utilizando-se de um meio fluido (água ou ar) para efetivar a separação/concentração. Os equipamentos tradicionalmente utilizados são os jigues, mesas vibratórias, espirais, cones e “sluices”. O método é adotado na produção de ouro, ilmenita, zirconita, monazita, cromita, cassiterita etc. 2
Separação magnét ica: a propriedade determinante nesse processo é a
suscetibilidade magnética. Baseado nessa propriedade, os minerais podem ser divididos em 3 grupos, de acordo com o seu comportamento quando submetidos a um campo magnético (natural ou induzido):ferromagnéticos (forte atração), paramagnéticos (média e fraca atração) e diamagnéticos (nenhuma (nenhuma atração). Os processos de separação magnética podem ser desenvolvidos via seca ou via úmida. Os equipamentos mais utilizados são os tambores, correias, rolos, carrosséis e filtros. A separação magnética é adotada na produção de minério de ferro, areias quartzosas, feldspatos, nefelina sienitos, etc.
3
Seleção Manual Manual:: é o método mais antigo de concentração.
Através de uma inspeção visual, os minerais de interesse são manualmente resgatados do restante ou, apenas os minerais contaminantes são separados para purificar o minério original. Devido ao crescente custo da mão de obra, ela vem sendo utilizada somente em casos especiais. 19
Atualmente a seleção de minérios segue o mesmo princípio, porém de forma mecanizada e se utilizando de uma variedade de dispositivos automáticos de detecção, identificação e separação. As propriedades mais utilizadas utili zadas são as óticas (reflectância, transparência, etc.), raios X (fluorescência), condutividade elétrica, magnetismo e radioatividade. A seleção automatizada é adotada na recuperação de diamantes, pedras preciosas e minerais nobres.
Agora conhecendo brevemente as etapas que preparam o mineral até a etapa de concentração, descreveremos o processo adotado em Itabira para esta ultima etapa de concentração que envolve a Flotação e demonstraremos o fenômeno químico que envolve este processo e também relacionaremos este fenômeno a outros fatos do cotidiano do aluno e professor:
Flotação: Conhecendo Conhecendo o cor ação ação do benefici amento amento mi neral!
Introdução
Em 1886, Carrie Everson, estudando química e metalurgia com seu marido, por meio da experimentação, descobriu a possibilidade da ocorrência da flotação e registrando o processo. Atualmente, a flotação é o processo dominante no tratamento de quase todos os tipos de minérios, devido à sua grande versatilidade e seletividade.
Como exemplo a concentração mineral do cobre a partir da calcopirita (CuFeS2), onde o mineral é pulverizado e combinado com óleo, água e detergentes. As partículas de sulfetos esmagadas e moídas são molhadas por óleo, mas não por água. Então o ar é borbulhado através da mistura; o sulfeto mineral recoberto de óleo adere à bolha de ar e flutua na superfície com a espuma formada; e o resíduo não desejado, pobre em cobre, chamado de ganga, deposita-se na parte inferior. Permite a obtenção de concentrados com elevados teores e expressivas recuperações. É aplicado no beneficiamento de minérios com baixo teor e granulometria fina. 20
O processo se baseia no comportamento físico-químico das superfícies das partículas minerais presentes numa suspensão aquosa. A utilização de reagentes específicos, denominados coletores, depressores e modificadores, permite a recuperação seletiva dos minerais de interesse por adsorção em bolhas de ar. Os equipamentos tradicionalmente adotados se dividem em duas classes, mecânicos e pneumáticos, dependendo do dispositivo utilizado para efetivar a separação. A flotação é adotada na produção de areias quartzosas de elevada pureza, cloretos, feldspatos, fluorita, fosfatos, magnesita, sulfetos, talco, mica, berilo, minério de ferro, etc. O processo de flotação ( froth flotation), e alguns processos correlatos a ele se baseiam em propriedades muito menos evidentes que as de diferença de densidade e suscetibilidade magnética. A separação feita em uma suspensão em água (polpa), as partículas são obrigadas a percorrer um trajeto e num dado instante as partículas que se deseja flotar são levadas l evadas a abandoná-lo, tornando um percurso ascendent ascendente. e. A diferença entre as espécies minerais é dada pela capacidade de suas partículas se prenderem a (ou prenderem a si) bolhas de gás (geralmente ar). Se uma partícula consegue capturar um número suficiente de bolhas, a densidade do conjunto partículas-bolha torna-se menor que a de fluido e o conjunto se deslocam verticalmente para a superfície, onde fica retido e é separado numa espuma, enquanto que as partículas das demais espécies minerais mantêm inalterada a sua rota.
Hidrofobicidade
A propriedade de determinadas espécies minerais capturam bolhas de ar no interior da polpa é designada por hidrofobicidade, e exprime a tendência dessa espécie mineral ter maior afinidade pela fase gasosa que pela fase líquida. Este comportamento, entretanto, não é regra no reino mineral, pois praticamente todas as espécies minerais imersas em água tendem a molhar sua superfície, ou seja, tem maior afinidade pela fase líquida, comportamento este designado por hidrofilicidade. hidrofili cidade.
21
A experiência mostra, entretanto que o comportamento hidrofílico das espécies minerais pode ser bastante alterado pela introdução de substâncias adequadas no sistema. Podemos mesmo afirmar, que qualquer substância mineral pode ser tornada hidrofóbica mediante a adição adequada de substâncias à polpa. Sendo possível, induzir a hidrofobicidade em apenas a espécie mineral de interesse delas, mantendo as demais hidrofílicas (hidrofobicidade seletiva).
Figura3: Propriedade diferenciadora da Flotação
Coleta
A propriedade de um determinado reagente tornar seletivamente hidrofóbicos determinados minerais é devido à concentração desse reagente na superfície desses minerais. O reagente se deposita seletivamente na superfície mineral, recobrindo-a, de modo que fique sobre a superfície da partícula um filme da substância. Assim, quando aparecerem as bolhas de ar, a superfície que a partícula mineral apresenta a elas não é mais a sua superfície própria, mas sim uma nova superfície, revestida dessa substância substância hidrofóbica. A afinidade do reagente em aderir à determinada partícula mineral pode ser devido à ação de força elétrica ou eletrostática, em outros casos, temos a ação de forças moleculares tipo Van Der Waals, ou outras. 22
Finalmente, podemos imaginar um mecanismo mais complexo em que as moléculas na solução sejam sejam:: a) Atraídas para as vizinhanças das das partículas; b) Adsorvidas na sua sua superfície; superfície; c) Reagir com as moléculas ou íons da sua superfície (penetrar na sua estrutura). Esse mecanismo pode ocorrer completo ou em parte. Ocorrendo apenas a atração das moléculas para o em torno da partícula, chamamos o fenômeno de adsorção de primeira espécie ou do tipo nuvem, ou ainda, do tipo elétrico. O fenômeno é de natureza eminentemente eletrostática. eletrostática. Se as moléculas, além disso, são adsorvidas na superfície da partícula, passa a ocorrer o contato efetivo das mesmas com pelo menos um ponto da superfície da partícula. Dizemos que ocorre adsorção de segunda espécie, espécie, ou do tipo llíquido, íquido, ou ainda, do tipo físico, pois a molécula estando ancorada à superfície da partícula não pode afastar-se dela, mas pode mover-se ao longo da superfície. superfície. Quando ocorre o fenômeno completo, as moléculas reagem com a superfície do mineral e ficam aderidas quimicamente a um ponto dela. A fixação é tal que elas podem vibrar em torno de uma posição, mas não saem dessa posição. Diz-se ter ocorrido à adsorção de terceira espécie ou do tipo químico. A substância capaz de adsorver a superfície do mineral e torná-la hidrofóbica é denominada coletora e o mecanismo de adsorção e geração de hidrofobicidade é denominado coleta.
23
Figura4: Indução propriedades diferenciadoras para processo de Flotação
Modulação d a Coleta
Alguns coletores são enérgicos demais e tendem a recobrir indiferentemente partículas de todas as espécies minerais presentes, ou seja, não são seletivos. Podemos, entretanto adicionar substâncias auxiliares, que façam com que a coleta se torna seletiva, isto é que dentre as espécies minerais presentes na polpa, coletor escolha uma delas sem modificar as demais. Assim, será possível flotar as partículas dessas espécies e deixar todas as demais no interior da polpa. Este reagente auxiliar é chamado depressor, porque deprime a ação do coletor nas partículas indesejadas. Em outras situações ocorre o contrário, isto é, o coletor não adsorve em nenhuma das espécies presentes. Podemos então adicionar á polpa uma terceira sustância que ative seletivamente a superfície da espécie mineral desejada, tornando–a atrativa para o coletor. Este reagente é chamado ativador. Ou seja, numa polpa mineral sempre estará presente um grande número de espécies moleculares e iônicas, oriundas das espécies minerais presentes ou de sua reação com a água e aquelas intencionalmente adicionadas.
24
Podemos adicionar os coletores e também outras sustâncias que modificam a ação do coletor, ação essa denominada de modulação da coleta. Sendo que estes reagentes são adicionados antes do coletor. Razões para adição, ainda de outros reagentes são de economia industrial: diminuir o consumo de coletor, acertar as condições dos equipamentos, diminuírem o consumo de água, etc. Freqüentemente, íons presentes na polpa, oriundos da dissolução de determinadas espécies minerais (Fe3+, Ca2+, Al3+) exercem uma ação depressora indesejável. Para impedir a ação depressora é necessário remover os íons, citados anteriormente, antes do início da ação da coleta. Isto é feito por meio de um quarto tipo de reagentes estes denominados seqüestradores. Finalmente, para gerar uma espuma estável, consistente e adequada às finalidades dos processos são usados reagentes tensoativos - os espumantes. O controle do pH é uma das variáveis mais importantes que afetam a coleta. Por isso, os reagentes utilizados para acertá-lo são chamados reguladores.
Figura5: Mecanismo atuação dos agentes coletores
25
Figura6: mecanismo de adsorção da amina
Ag ent e depr d epress ess or
Nos processos de flotação aplicados a minério de ferro, é comum efetuar a flotação reversa do quartzo, esta operação é realizada com a depressão dos minerais de ferro que é realizada pelo uso de um agente depressor durante a etapa de flotação. O agente depressor, quando adicionado ao sistema de flotação exerce uma função específica no material a ser deprimido, impedindo-o de flotar. O depressor interage quimicamente com a superfície dos minerais de ferro produzindo um filme protetor que impede o mineral de reagir com o reagente surfactante, os depressores por vários mecanismos físico-químicos, tais como adsorção superficial, formação de complexo ou afinidade especial evitam a adsorção do reagente coletor. Entre os reagentes depressores utilizados na separação seletiva de minerais por flotação, encontra-se o amido como o mais usado pela indústria mineral.Na prática industrial é usado para deprimir os óxidos de ferro na flotação catiônica reversa do minério de ferro. Pode ser utilizado também na depressão e floculação de minerais como a calcita, do grupo dos carbonatos, visando à flotação seletiva da apatita com a utilização de reagentes r eagentes coletores aniônicos.
26
O amido é ainda utilizado como depressor do mineral de ganga (argilas) na flotação direta de concentrados de KCl. Fazendo-se uso de ácido graxo como coletor pode-se ainda utilizá-lo na flotação seletiva de calcita, fluorita e barita. O amido atua como depressor da calcita, da barita e do quartzo, viabilizando a flotação seletiva da fluorita. Podemos verificar pela tabela 4 (ver anexo) que o amido tem sido utilizado e/ou testado em vários sistemas de flotação de minerais, dentre esses, na flotação de óxidos, sulfetos, carbonatos e os minerais salinos e inerentemente hidrofóbicos. O amido, polissacarídeo que se adsorve preferencialmente na hematita é um polímero complexo natural não-aniônico, constituído por amilopectina e amilose. Apesar de sua grande aplicação, os mecanismos das interações entre o amido e a superfície mineral não estão bem estabelecidos. O fato da superfície do quartzo apresentar apresentar carga mais negativa que a hematita, nas mesmas condições de pH, também contribui para a seletividade do processo. A fração linear da molécula de amido (amilose) em solução aquosa adquire uma configuração estrutural em forma de hélice, sendo que no interior desta hélice a molécula possui um caráter hidrofóbico, enquanto que na parte externa o comportamento é hidrofílico, justificando dessa forma sua afinidade pela hematita (LIU et al., 2000). Na indústria mineral, o amido de milho é o reagente depressor mais mais empregado devido a sua ampla disponibilidade.
Flotação Flotação – demais demais usos no cot idiano
Podemos destacar a importância da Flotação na recuperação de corantes em indústrias de papel, tratamento de água e esgoto. Pesquisas recentes ampliaram o uso da flotação em processos tais como despoluição de rios, separação de plástico e até mesmo separação de microrganismos. A Figura 7 mostra o tanque de flotação por ar disperso de projetos de purificação de água. A flotação por ar disperso utilizado nos projetos de despoluição, como nos lagos dos parques do Ibirapuera e da Aclimação, no município de São Paulo, e nos córregos que abastecem esses lagos, engloba as etapas de separação do 27
lixo trazido pelas chuvas; introdução de substâncias na água que reduzem a acidez e iniciam o processo de coagulação dos poluentes; injeção de oxigênio por baixo do tanque que arrasta as partículas sólidas para a superfície, onde uma draga coleta todo o lodo formado no processo e o encaminha para as estações de tratamento de esgoto.
Figura 7: Tanque de flotação de uma estação de tratamento de água mostrando espuma esbranquiçada na parte superior do sistema de fases e água límpida na fase inferior após a flotação. A água purificada é coletada abaixo da espuma. (fonte- http://www. enprotec-usa.com/html/airphotos.html)
O processo de reciclagem do plástico PET (polietileno tereftalato) também foi viabilizado graças ao processo de flotação.O maior problema na reciclagem desse polímero era não conseguir separá-lo do PVC para reutilizar o PET já que os dois são muitos parecidos. Para tornar possível a flotação, foi necessário o uso de um agente surfactante que modifica a superfície do PET, fazendo com que ele apresente mais afinidade pela água do que o PVC. Dessa forma, os dois materiais são picados, lavados e colocados em solução aquosa com o surfactante. Em seguida, as bolhas geradas no sistema carregam o PET, deixando o PVC na solução. Recentemente observamos também o emprego do processo de flotação na separação de microrganismos, uma vez que a célula, pelas suas dimensões, pode ser considerada um biocolóide. 28
A foto da Figura 8 mostra as células na bolha de ar. Estudos recentes no Brasil (DeSousa, 2007) tentam viabilizar essa técnica para separação de leveduras no processo de produção de álcool. O processo envolve a adição de leveduras aos tanques de cevada ou caldo de cana e, atualmente, a separação das células de leveduras é feita nas indústrias utilizando-se centrífugas – por meio da aplicação de rotações muito rápidas, esses equipamentos depositam as partículas (células) no fundo do recipiente submetido à rotação. No entanto, a aplicação da flotação em destilarias faria com que a levedura produtora de álcool fosse seletivamente separada dos organismos contaminantes (flotação seletiva).
Figura 8: Células da levedura Sacharomyces cerevisiae aderidas à bolha de ar. (Cecília Laluce e cols. em Walker, G.M., Yeast: physiology and biotechnology, New York: John Wiley & Sons, 1998,p. 131)
29
Flotação – compreendendo compreendendo a “ química” do proc esso
Flotação é uma técnica de separação que envolve conceitos de química de superfícies, mas que pode ser abordada de forma clara e simples por professores de Ensino Médio, fugindo das concepções errôneas sobre o processo presente em alguns materiais didáticos. Este trabalho poderá fornecer suporte aos professores interessados em ilustrar suas aulas de separações de misturas com uma técnica extremamente eficiente, que trabalha diversos conceitos de química, e Fundamentos e Aplicação da Flotação como Técnica de Separação de Misturas. Como vimos anteriormente, a flotação é uma técnica de separação de misturas que consiste na introdução de bolhas de ar a uma suspensão de partículas. Com isso, verifica-se que as partículas aderem às bolhas, formando uma espuma que pode ser removida da solução e separando seus componentes de maneira efetiva. O importante nesse processo é que ele representa exatamente o inverso daquele que deveria ocorrer espontaneam espontaneamente: ente: a sedimentação das partículas. A ocorrência do fenômeno se deve à tensão superficial do meio de dispersão e ao ângulo de contato formado entre as bolhas e as partículas (DeSousa e cols. 2003). A tensão superficial é a responsável pela formação das bolhas e pode ser entendida como uma espécie de película que envolve os líquidos, semelhante à existente na gema do ovo. Isso explica porque, quando viramos um copo molhado, algumas gotas permanecem presas à sua superfície ou porque uma torneira mal fechada consegue segurar a gota de água até certo limite de tamanho antes que esta caia na pia. A justificativa para esse fenômeno está no fato de que as moléculas situadas no interior de um líquido são, em média, sujeitas à força de atração igual em todas as direções, ao passo que as moléculas situadas, por exemplo, na superfície de separação líquido-ar, estão submetidas à força de atração não balanceada ou não equilibrada, o que resulta numa força preferencial em direção ao interior do líquido, l íquido, indicada na Figura 9.
30
Figura 9: Diagrama esquemático comparando as forças de atração entre moléculas na superfície e no interior de um líquido.
O maior número possível de moléculas se deslocará da superfície para o interior do líquido e a superfície tenderá a contrair-se. Isso também explica porque gotículas de um líquido ou bolhas de gás tendem a adquirir uma forma esférica (Jafelicci Jr e Massi, 2007). Ao colocarmos um líquido em contato com uma superfície, temos que considerar duas possibilidades: o líquido se espalha bem na superfície (como bebida alcoólica em copo de vidro) ou o vidro tende a se manter no formato de gota (como na chuva no para brisa, engordurado, de um carro). Na realidade o que observamos observamos é reflexo r eflexo da afinidade entre as superfícies: (a) aquelas que se mantém como gotas de maneira a diminuir ao máximo o contato entre a água e a superfície são denominadas denominadas hidrofóbicas; hi drofóbicas; (b) enquanto àquelas em que observamos o espalhamento do líquido e tem afinidade à água é denominada hidrofílica. O ângulo formado entre as superfícies, indicado pela figura 10, conhecido como (Θ), pode ser usado como uma medida da hidrofobicidade / hidrofilidade do sólido. Esse ângulo permite a quantificação dos vários graus de afinidade entre esse dois casos expostos.
31
Figura 10: Superfícies hidrofílicas (a) apresentam ângulos de contato menores que 90º enquanto superfícies hidrofóbicas (b) apresentam ângulos maiores que 90 º
No entanto, como esses parâmetros de superfície explicam que no processo de flotação algumas partículas aderem às bolhas de ar preferencialmente em relação a outras? A explicação está no fato de que a superfície dessas partículas é hidrofóbica, fazendo com que a tensão superficial da água expulse a partícula do líquido e promova a adesão da partícula na superfície da bolha de ar. O que não ocorre com os outros componentes hidrofílicos com ângulos de contato pequenos presentes no sistema, que preferem permanecer no meio líquido em vez de aderir à superfície da bolha de ar (Venditti, 2004). Para uma adesão satisfatória, são necessários ângulos de contato de no mínimo 50 á 75º, enquanto que, para uma boa adesão às bolhas de ar, o ângulo deverá ser superior á 90º. E como esse ângulo pode rapidamente ser modificado por fatores, tais como substâncias gordurosas na superfície e materiais tensoativos, torna-se possível também controlar as condições para a flotação, tendo em vista que nem sempre a partícula desejada é hidrofílica. Além da natureza físico-química da superfície, o tamanho da partícula também é fator limitante do processo, pois para ser arrastada, a partícula deverá ter dimensões próximas das coloidais. Colóides são sistemas dispersos constituídos de partículas com pelo menos uma dimensão entre 1 a 1000nm ou 10 a 10000 mm, mas a base dessa classificação pelo tamanho da partícula admite a simetria esférica, o que nem sempre é o caso. Partículas que têm esse tamanho em uma dimensão (forma de disco) ou em duas dimensões (forma de agulha), mas que são muito maiores em outras dimensões, também se comportam como colóides. Essa flexibilidade permite que vários sistemas sejam classificados como coloidais e possibilita o emprego da flotação como técnica de separação de misturas em vários processos industriais. 32
Experim Experim entação entação do ensi no: Prática de separação separação de mistur mi stur as
Objetivo: Identificar quais os tipos de misturas sólidas podem ser separados por diferença de densidade, utilizando no experimento materiais alternativos de fácil aquisição. Introdução: Podemos separar os componentes de uma mistura sólida heterogênea, dependendo da natureza dos componentes e das suas densidades, por um método de fracionamento. O método se baseia na adição de um líquido, com densidade intermediária aos componentes da mistura. Após a adição do líquido apropriado, o sólido mais denso que este líquido fica sedimentado no fundo do recipiente, e o sólido menos denso flutuam na superfície do líquido. l íquido.
Material: a. Quatro garrafas plásticas transparentes (preferencialmente incolores), cortadas como copos compridos; b. Água, isopor, gravetos, areia, seixo, sal e crivo; c. Pincel atôm atômico ico ou etiquetas numeradas.
Procedimento: a. Numere os copos de 1 a 4; b. Coloque, no copo de plástico número 1, uma porção de areia e outra de isopor, misture bem. No copo 2, adicione areia e sal, misture bem. No copo 3, a mistura é de areia com seixo e, no copo 4, adicione isopor e alguns gravetos; c. Adicione água a todos os copos e separe, quando possível, os componentes das misturas iniciais utilizando o crivo. Questões: a. Qual é a função da água no experimento? 33
b. Porque que o isopor i sopor flutuou e a areia sedimentou? c. Utilizando a flotação foi possível separar a mistura da areia com sal? Como você explica? e. Qual material é mais denso: cortiça ou pedra? Como você pode afirmar sem conhecer a densidade absoluta destes sólidos? f. De acordo com suas observações, que tipos de componentes sólidos de uma mistura podem ser separados por flotação? 11 - ONDE ENCONTRAR OS REAGENTES? REAGENTES? Os reagentes utilizados utilizados nas práticas não necessitam de alto grau de pureza, pois as experiências realizadas serão de caráter qualitativo, ou seja, o importante é apenas a visualização do fenômen fenômeno. o.
34
O benefici benefici amento amento de minérios minéri os e o meio ambiente
Os processos de lavra e beneficiamento mineral são constituídos de diferentes etapas, às quais podem estar associadas probabilidades de contaminação ambiental. Normalmente, o volume de água envolvido na mineração, em particular no beneficiamento, é algumas vezes o responsável pelo transporte de contaminantes, como produtos químicos, óleos, detergentes, sólidos em suspensão, que constituem os efluentes das diferentes etapas do processo. Esses efluentes devem ser tratados para que a água possa ser reutilizada no processo ou devolvida ao meio ambiente em condições físico-químicas aceitáveis. A natureza da fase sólida (partículas, flocos ou colóides) é um parâmetro importante para a escolha do processo de tratamento do efluente. Quando as partículas estão na forma coloidal, há a necessidade da formação de agregados maiores, para que a separação, sólido-líquido possa ocorrer.
Flotação – meio de descontaminação de efluentes industriais da indústria mineral
Inicialmente utilizado em estações de tratamentos de efluentes urbanos, na Europa e nos Estados Unidos, este processo de separação de fases sólidolíquido vem ampliando o seu uso industrial para descontaminação de efluentes gerados pelo processo de beneficiamento beneficiamento mineral Especificamente a Flotação possibilita o tratamento do efluente de uma unidade industrial de flotação de minério de ferro, de forma que a remoção dos sólidos em suspensão e dos contaminantes orgânicos (aminas e ácidos graxos) permita a reutilização da água no processo de beneficiamento ou descarte no meio ambiente, com a qualidade requerida. Dessa forma a empresa consegue minimizar o impacto ambiental gerado por sua atividade devido ao aumento da reciclagem do uso da água e descontaminação da mesma.
35
Figura11: Vista aérea do espessador de efluentes ef luentes do beneficiamento mineral
Abo A borr dagem dag em da f l ot ação aç ão em l i vros vr os di dáti dát i c os
Muitos livros didáticos, apostilas e sites educativos trazem a flotação como um exemplo de técnica de separação de misturas. No entanto, a abordagem desse tópico é limitada e, freqüentemente, apresenta erros conceituais. Podemos identificar as confusões a partir dos exemplos de aplicação da técnica presentes nesses materiais. Alguns materiais didáticos trazem a separação de areia em água como ilustração do processo de flotação. Nesse caso, observamos a confusão dessa técnica com a sedimentação, que apenas em alguns casos é uma etapa anterior à inserção de bolhas e ao arraste de partículas por flotação. Em outros textos, a flotação aparece ilustrada pela separação de serragem em água, como se o arraste espontâneo da serragem fosse igual ao observado na flotação. Até mesmo o transporte de madeira nos rios foi citado como exemplo de flotação. Nesses casos, a flotação surge como uma separação de substâncias de densidades diferentes, na qual a introdução de um líquido de densidade intermediária (a água) promove o arraste do material menos denso para cima (serragem) e do mais denso para baixo (areia), segundo o princípio de Archimedes. 36
Com base nas definições do processo apresentadas neste artigo, ressaltamos que só podemos classificar um processo de separação de misturas como uma aplicação da técnica de flotação quando observamos a inserção de bolhas de ar no meio líquido l íquido seguida da adesão de partículas partículas à bolha, que leva ao arraste das partículas para a superfície do líquido e permite a separação das fases, sendo que essas partículas devem necessariamente ter dimensões coloidais para que seja possível que as bolhas de ar carreguem as partículas. A flotação é uma técnica de separação de misturas amplamente empregada, mas pouco discutida na sala de aula. Acreditamos que sua abordagem no ensino de Química, possa ser expandida com a ampliação do conceito, admitindo a possibilidade da discussão de propriedades de química de superfícies com os alunos de Ensino técnico profissionalizante.
Considerações Finais
Este trabalho foi desenvolvido sob a influência das novas diretrizes dos parâmetros Curriculares Nacionais e do movimento Ciência Tecnologia e sociedade, buscando incentivar a interdisciplinaridade e principalmente a contextualização. Apresentamos neste trabalho um tema que é uma situação significativa para os alunos do curso técnico em Química e para os educadores envolvidos no ensino desses, a abordagem química do beneficiamento mineral, destacando a flotação. Destacamos a importância de focar trabalho sobre temas de relevância para a formação do conhecimento dos educandos, temas que realmente façam a diferença e que participem do cotidiano desses alunos e professores. Contextos significativos, como o da região de Itabira, precisam ser compreendidos, sendo de primordial importância propor, tanto aos professores quanto aos estudantes, o “desvelar” crítico dessa realidade, no sentido de uma ação transformadora. Em nossa região, estado e país existem contradições que, apesar de emergirem de contextos específicos, estão interligadas a uma realidade que é global, e necessitam ser investigadas e desveladas criticamente, se o ideal for investir na perspectiva de uma educação transformadora. 37
Para enfrentar e superar contradições sociais faz-se necessário ousar no constante ato de “desvelar” a realidade, o que possibilita a evolução da “consciência máxima possível”. Nesse intuito, a contextualização constitui-se como algo de grande importância para discutir, juntamente com professores e estudantes, o potencial que estes possuem como agentes transformadores da sociedade, do meio técnico e cientifico. Observamos que os professores não trabalham sobre aspectos da realidade em suas aulas, deixando de certa forma o enfoque temático técnico e social contextualizado de lado. Sendo necessário auxiliar os professores de Química a otimizarem o potencial oferecido por esse instrumento teórico para leitura crítica de mundo (FREIRE, 1997a, b). Nessa perspectiva, um ensino de Química voltado à cidadania, do qual se parte da proposição de um tema social para a contextualização do conteúdo, poderia se aproximar ainda mais da proposta de contextualização de Paulo Freire. Mas isto se os professores estivessem aptos a desvelar situações significativas da comunidade em que atuam o que favoreceria o empreendimento de um ensino de Química transformador de contradições sociais. Observamos também que conseguimos alcançar nossos objetivos, pois através da análise gráfica da avaliação dos questionários de sondagem de conhecimentos químicos (ver anexo 1 & 2), verificamos o considerável aumento do índice de acertos após a demonstração deste trabalho aos alunos do curso técnico em Química da Escola técnica Centro educacional santa Edwiges.
38
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:
APLAN, F.F., FUERSTENAU, D.W., In: FUERSTENAU, M. C., “Oxide and Silicate Flotation”, In: MATIS, K. A., flotation Science and Engineering, cap. 4, New York, Dekker, 1995. ATKINS, P.; JONES, L. Princípios de química: questionando a vida moderna e o meio ambiente. Trad. Ignez Caracelli. Porto Alegre: Bookman, 2001. AULER, D.; BAZZO, W.A. Reflexões para a implementação do movimento CTS no contexto educacional brasileiro. Ciência & Educação, São Paulo, v.7, n. 1, p.1-13, 2001. BRASIL. MINISTÉRIO DA EDUCAÇÃO. SECRETARIA DE EDUCAÇÃO MÉDIA E TECNOLÓGICA. Parâmetros Curriculares Nacionais: Ensino Médio: Ciências da Natureza, matemática e suas tecnologias / Ministério da Educação – Brasília: Ministério da Educação/Secretaria Educação/Secretaria de Educação Média e Tecnológica. v.3, p.67, 1999. DELIZOICOV D. Práticas freirianas no ensino de ciências. In: CAUÊ, Matos (Org.). Conhecimento e vida Cotidiana. São Paulo: Terceira Margem, 2003. DESOUSA, S.R.; OLIVEIRA, K.F.;SOUZA, C.S.; KILIKIAN, B.V.; LALUCE, C. Yeast flotation viewed as the result of the interplay of supernatant composition and cell-wall hydrophobicity. Colloid and Surfaces B: Biointerfaces, v. 29, p. 309-319, 2003. JAFELICCI JUNIOR, M.; MASSI, L.Introdução à química de colóides e superfícies. Disponível Disponível em . >. LIU, A., WU, R. C., ESCHENAZI., E., PAPADOPOULOS, K., “AFM on humic acid adsorption on mica” Colloids and Surfaces A, Physicochem. Eng. Aspects, v. 174, pp. 245-252, 2000. SCHNETZLER, R. P. e Aragão, R. M. R., Química Química Nova na Escola. 1995, 1. Tratamento de Minérios/Ed Adão Benvindo da Luz ET AL.-Rio de Janeiro:CETEM/CNPq, Janeiro:CETEM/CNPq, 1998. VENDITTI, R.A. A simple flotation deinking experiment for the recycling of paper. Journal of Chemical Education, v. 81, n. 5, p. 693. 39
ANEXOS:
Centro Educacional Santa Edwiges Curso Técnico em Química Questinário Abordagem Química Beneficiamento Mineral Situação 1: Antes discussão
Situação 2: Após Discussão
Questionário 1
Questionário 1
Questão
Correto
Errado Questão
Correto
Errado
1
15
2
1
16
1
2
14
3
2
15
2
3
15
2
3
16
1
4
12
5
4
17
0
5
13
4
5
16
1
6
16
1
6
15
2
95
7
93,14
6,86
Total
85
% Respostas
83,33
17 Total 16,67 % Respostas
Situação 1: Antes discussão
Situação 2: Após Discussão
Questionário 2
Questionário 2
Questão
Total % Respostas
Correto
Errado Questão
Correto
Errado
1
12
5
1
14
3
2
7
10
2
15
2
3
6
11
3
13
4
4
5
12
4
16
1
5
2
15
5
15
2
6
3
14
6
14
3
87
15
85,29
14,71
35 34,31
67 Total 65,69 % Respostas
Tabela 1_Avaliação respostas questionários avaliação diagnóstica _ Questionário 1 menor nível de dificul dade “aspectos relevantes relevantes da química no b eneficiamento eneficiamento mineral” e Questionário Questionário 2 “ reconhecer reconhecer o p apel apel da química no sistema produtivo benefici benefici amento amento mineral”
40
Tabela 2_Avaliação gráfica respostas questionário 1
Tabela 3_Avaliação gráfica respostas questionário 2
41
Tabela 44- Apli cação de pol iss acarídeos acarídeos em flo tação de mi nerais (LIU et al., 2000 2000). ).
42
