Reagentes de Flotação

AULA 2 – Reagentes de flotação

FLOTAÇÃO Profa Elenice Schons Engenharia de Minas - UFG

INTRODUÇÃO 



Os reagentes são a mais importante parte do processo de flotação, pois de sua escolha adequada depende o rendimento do material flotado. A classificação moderna dos reagentes se baseia na função de um reagente em particular.

INTRODUÇÃO 



Os reagentes são a mais importante parte do processo de flotação, pois de sua escolha adequada depende o rendimento do material flotado. A classificação moderna dos reagentes se baseia na função de um reagente em particular.

INTRODUÇÃO 

Basicamente, os reagentes reagentes são divididos em: em: 

Coletores;



Espumantes;



Reguladores;



Depressores.

INTRODUÇÃO 



Coletores: pertencem compostos orgânicos.

ao

grupo

de

Sua função é formar, seletivamente, uma camada hidrofóbica de uma dada superfície mineral.

INTRODUÇÃO 

De acordo com as características do coletor de se dissociar ou não em água, podem ser divididos em: 

Coletores iônicos: consistem em moléculas orgânicas heteropolares. Podem ser catiônicos ou aniônicos: 



Aniônicos: são frequentemente classificados em coletores oxidril e sulfidril, baseado na sua propriedade solidofílica; Catiônicos: são compostos orgânicos em que o radical hidrocarboneto é protonizado, principalmente do grupo das aminas (RNH2 – amina primária).

INTRODUÇÃO 

Coletores não-iônicos: são também divididos em dois grupos: 



Primeiro: são reagentes que contêm enxofre bivalente; Segundo: contém hidrocarbonetos oleosos nãopolares.

INTRODUÇÃO 



Espumantes: são compostos tensoativos heteropolares que diminuem a tensão superficial da água e tem a habilidade de adsorver na interface ar-água.

Sua presença na fase líquida aumenta a resistência do filme líquido da bolha de ar, proporcionando melhor fixação das partículas hidrofóbicas às bolhas.

INTRODUÇÃO 

Espumantes: 



A efetividade de alguns espumantes depende do pH da polpa; Sua performance é maior quando está na forma molecular.

INTRODUÇÃO 

Espumantes: 

Exemplo:

o cresol, em elevados pH’s, se transforma em um composto ionizado, o qual não atua como um espumante.

INTRODUÇÃO 

Baseando-se na efetividade dos espumantes para diferentes valores de pH, os mesmos podem ser divididos em: 

Ácidos;



Alcalinos;



Neutros (quando seu poder independe do pH da polpa).

espumante

INTRODUÇÃO 

Os espumantes ácidos pertencem a dois grupos principais:  



Fenóis (cresol) Alquilsulfonatos

A maioria dos espumantes são do tipo neutro, os quais são divididos nos seguintes grupos:   

Álcoois cíclicos Álcoois alifáticos Glicóis

INTRODUÇÃO

Dodecil sulfato de sódio (Alquilsulfonato)

C4H9OH

Butanol (Álcool alifático) Etilenoglicol

INTRODUÇÃO 



Reguladores: ativadores, depressores e reguladores de pH.

O principal objetivo desses reagentes é modificar a ação do coletor na superfície mineral e auxiliar na seletividade do processo de flotação.

INTRODUÇÃO 





Em alguns casos, um regulador reage diretamente com a superfície mineral (sulfato de cobre com esfalerita) e provê condições de interação do mineral com o coletor: ativadores. Alguns reguladores podem reduzir as condições de hidrofobização de um mineral específico com o coletor ou podem tornar a supercície mineral hidrofílica: depressores. Depressores e coletores podem ser compostos orgânicos ou inorgânicos.

INTRODUÇÃO 

O terceiro grupo de modificadores são os reguladores de pH, cujo objetivo é controlar a composição iônica da polpa alterando a concentração de íons hidrogênio.

COLETA 



A propriedade de um determinado reagente tornar seletivamente hidrofóbicos determinados minerais é devida à concentração desse reagente na superfície desses minerais. Isto é, o reagente se deposita seletivamente na superfície mineral, recobrindo-a, de modo que fique sobre a superfície da partícula um filme da substância.

COLETA 



Para que isso ocorra é necessário que a molécula da substância pura migre do seio da solução para a superfície da partícula e aí se deposite. 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 substancia hidrofóbica.

COLETA 

Mecanismo que ocorre com as partículas: 





As moléculas na solução são atraídas para as vizinhanças da partícula; São adsorvidas na superfície da partícula; Reagem com as moléculas ou íons da sua superfície (penetram em sua estrutura).

COLETA 

A substância capaz de adsorver à superfície do mineral e torná-la hidrofóbica é chamada de coletor e o mecanismo de adsorção e geração de hidrofobicidade é denominado coleta.

COLETORES 

Os coletores são classificados como compostos orgânicos anfifílicos ou anfipáticos. 

Exemplo:

COLETORES 



A estrutura e a composição dos coletores determinam sua atividade em relação aos dipolos da água. No processo de adsorção do coletor na superfície mineral, o grupo apolar do coletor se orienta em relação à fase aquosa e o grupo polar se orienta em relação à superfície mineral, tornando o mineral hidrofóbico.

COLETORES 

Quando um coletor se dissocia em cátions e ânions, pode ser chamado de: 



Íon repelente ativo Íon não repelente ou não ativo

COLETORES 



A estrutura do íon repelente sempre apresenta um radical hidrocarboneto, o qual torna o mineral hidrofóbico. Esses radicais não existem na forma livre e não se ligam à superfície mineral.

COLETORES 

O radical inclui um outro grupo de átomos ligados ao radical carbono, que faz uma ligação entre o radical ea superfície do mineral. Este grupo conector é chamado de grupo “solidofílico”.

COLETORES 

O efeito hidrofóbico do coletor é diretamente relacionado com a força e a estrutura do radical hidrocarboneto, enquanto o efeito do grupo solidofílico depende: 





Da natureza da reação com a superfície do mineral; Da força da ligação; Da seletividade, a qual depende da composição e estrutura do grupo solidofílico.

COLETORES 

Os coletores podem ser classificados em dois grupos: 



Compostos ionizáveis: que se dissociam em íons em solução aquosa; Compostos não-ionizáveis: são compostos não polares, principalmente hidrocarbonetos insolúveis em água. Esses reagentes tornam a superfície mineral hidrofóbica devido à deposição de um fino filme sobre a superfície mineral.

COLETORES 

O grupo dos coletores ionizáveis se divide em: 

Coletores aniônicos



Coletores catiônicos

COLETORES

COLETORES

COLETORES OXIDRIL 



Pertencem ao grande grupo de coletores aniônicos, com muitas aplicações industriais. Recentemente, um grande número de novos compostos têm sido desenvolvidos, alguns dos quais são extremamente importantes na flotação de tantalita ((Fe, Mn)(Ta, Nb)2O6), nióbio e minerais de titânio.

COLETORES OXIDRIL

COLETORES OXIDRIL 

Os coletores oxidril são principalmente na flotação de: 

Silicatos



Carbonatos



Óxidos

usados

CARBOXILATOS 





São coletores oxidril amplamente utilizados industrialmente, embora sua seletividade para a ganga seja baixa. A eficiência do processo depende do preparo da polpa, do pH e da utilização de depressores. Exemplos típicos: ácido oleico, oleato de sódio, ácidos graxos sintéticos, tall oils e alguns derivados oxidados do petróleo.

CARBOXILATOS 

Os ácidos graxos são preparados a partir de óleos animais e vegetais, na presença de um álcali, conforme a reação:

CARBOXILATOS

CARBOXILATOS 

Diferentes ácidos graxos utilizados como coletores consistem de uma mistura de:    

Ácido oleico Ácido linoleico Ácido palmítico Ácido esteárico

e são chamados de tall oils .

CARBOXILATOS 



Ácidos graxos e tall oils são amplamente utilizados na flotação de fosfatos, minerais de lítio (espodumênio), silicatos e minerais terras-raras (monazita). Para esses minerais a separação gravítica não é possível devido ao pequeno tamanho das partículas.

ALQUIL SULFATOS 



São derivados do ácido sulfúrico onde um átomo de hidrogênio foi substituído por um radical hidrocarboneto. Alquil sulfato de sódio é geralmente utilizado como coletor.

ALQUIL SULFATOS 

Os alquil sulfatos (ou sulfatos de alquila) são adequados para a flotação da barita (BaSO 4) e outros minerais que contenham enxofre, incluindo:    

Celestita (SrSO4) Cainita (KCl.MgSO4.3H2O) Gipsita (CaSO4.2H2O) Anidrita (CaSO4)

SULFONATOS 

Estes coletores têm um grupo solidofílico similar aos sulfatos de alquila, exceto que o radical hidrocarboneto está diretamente ligado ao enxofre ao invés do oxigênio.

SULFONATOS 



Na prática, os sulfonatos são preparados e produzidos pelo tratamento de frações de petróleo com ácido sulfúrico e remove-se a lama formada durante a reação, seguida da extração do sulfonato e purificação. A purificação consiste na remoção de sais inorgânicos.

HIDROXAMATOS 



Coletores do tipo hidroxamatos são obtidos pela síntese do ácido alquilhidroxâmico. Existem três estruturas básicas das quais os hidroxamatos são sintetizados:

HIDROXAMATOS 



R 1 é

usualmente um ligante orgânico (alquil, acetil e benzoil). R 2 e R 3 podem ser

orgânicos ou inorgânicos.

HIDROXAMATOS 

Apesar de extenso trabalho de pesquisa sobre a aplicação dos hidroxamatos como coletores de flotação para malaquita, bastnaesita e para a flotação de titanatos e pirocloro, a única aplicação comercial de hidroxamato foi alcançada com o hidroxamato russo IM50 e compostos similares produzidos na China.

SULFOSUCCINATOS SULFOSUCCINAMATOS 





E

Os sulfosuccinatos são derivados dos ácidos carboxílicos e succínico e são usualmente utilizados na forma de sais de sódio. O succinato tipicamente mais utilizado na flotação é o tetra-sódio N -(1,2dicarboxietil)- N octodecil-sulfosuccinato. São utilizados na flotação da cassiterita.

SULFOSUCCINATOS SULFOSUCCINAMATOS 

E

A estrutura típica de um sulfosuccinamato é:

ÁCIDO FOSFÔNICO 



Esse coletor foi desenvolvido recentemente e foi utilizado inicialmente como coletor específico para a cassiterita com composição mineral de ganga complexa. A estrutura típica do ácido estireno fosfônico é:

ÉSTERES FOSFÓRICO 

DO

ÁCIDO

As fórmulas gerais dos ésteres do ácido fosfórico são:

ÉSTERES FOSFÓRICO 

DO

ÁCIDO

Eles podem ser considerados como coletores fortes e podem ser utilizados em meio alcalino (flotação da apatita e sheelita) e em meio ácido para a flotação de minerais de titânio (ilmenita, rutilo e perovskita).

SULFIDRIL 





Coletores sulfidril são chamados tióis. São compostos que contêm o grupo – SH ligados a um radical orgânico. Se o sulfidril está ligado a um átomo de carbono, o tiol é chamado de mercaptana.

SULFIDRIL

SULFIDRIL

SULFIDRIL 

Mercaptanas: 



São os mais simples coletores do grupo tiol e são derivados de álcoois (ROH), onde o O é substituído pelo S (RSH). O termo “mercaptana” vem de sua capacidade de formar compostos de mercúrio insolúveis em água.

SULFIDRIL 

Mercaptanas: 

São facilmente oxidadas a dissulfetos, de acordo com a reação: 2RSH → RSSR + 2H+ + 2e-



São utilizadas como coletores na flotação de molibdênio, sulfetos auríferos e enargita (Cu3(As,Sb)S4).

S e N DERIVADOS DO ÁCIDO CARBÔNICO 



São os coletores mais estudados e representam uma importante classe de coletores na flotação de minerais sulfetados. O enxofre-sulfidril pode estar ligado ao ácido carbônico de muitas maneiras, de acordo com a tabela seguinte.

continua

continua

S e N DERIVADOS DO ÁCIDO CARBÔNICO 

Xantatos e ácido xântico: 



São os mais importantes coletores para os minerais sulfetados e os óxidos (óxido de cobre, chumbo e zinco). São um produto do ácido carbônico em que dois átomos de O são substituídos pelo S e um grupo alquil substitui um átomo de H:

DITIOFOSFATOS 



Ácidos aril e alquil ditioforfóricos e seus sais alcalinos são amplamente utilizados como coletores de sulfetos e são conhecidos como Aerofloats. A fórmula geral dos ditiofosfatos é:

• R é um radical hidrocarboneto alifático ou aromático e Me: metal alcalino.

COLETORES CATIÔNICOS 



São compostos orgânicos que apresentam uma carga positiva quando em solução aquosa. O elemento comum a todos os coletores é o nitrogênio com um par de elétrons desemparelhados:

COLETORES CATIÔNICOS 



Os radicais ligados ao N são usualmente H ou um hidrocarboneto. Dependendo do no de H substituídos, podese classificar a amina em I) primária; II) secundária e III) terciária:

COLETORES CATIÔNICOS



AMINAS GRAXAS 



São, normalmente, aminas normais alifáticas com o grupo alquila contendo de 8 a 22 carbonos. As aminas graxas podem variar de três maneiras:   

Comprimento da cadeia carbônica Saturação dos grupos alquila No de grupos alquila ligados ao nitrogênio

AMINAS GRAXAS 

As principais características das aminas graxas são: 





Cáustica/corrosiva para a pele; Têm baixa solubilidade em água em sua forma molecular; Alta solubilidade em água e baixa volatilidade quando na forma protonada.

AMINAS GRAXAS 

As aplicações mais importantes das aminas na indústria mineral são: 







Coletores de flotação em uma ampla região de pH (pH 1,5 – 11). Agentes emulsificantes de ácidos graxos para melhorar o desempenho da flotação; Matéria-prima para a preparação de alguns coletores aniônicos; Depressora.

REAGENTES NÃOIONIZADOS 



Reagentes Reagentes não-ionizados ou apolares podem ser classificados como reagentes que não se ionizam ou são insolúveis em solução aquosa. São hidrocarbonetos líquidos obtidos de óleos crus ou de carvão e portanto, não apresentam composição química definida.

REAGENTES NÃOIONIZADOS 





Não interagem com os dipolos da água ou com a superfície mineral. Acredita-se que sua adsorção na superfície mineral é devida à adesão. São rapidamente adsorvidos em minerais naturalmente hidrofóbicos, tais como: grafita, enxofre elementar e molibdenita.

ESPUMANTES 



São compostos heteropolares que contêm um grupo polar (OH, COOH, CO, OSO2 e SO2OH) e um radical hidrocarboneto. São capazes de adsorver na interface águaar, orientando-se da seguinte maneira: 

A fase polar orienta-se em direção à água e a fase apolar orienta-se na direção da fase gasosa.

ESPUMANTES 



A concentração dos espumantes na interface água/bolhas de ar forma um envelope ao redor das bolhas, impedindo que as mesmas colidam ou se toquem. Diminuem a tensão superficial da água, prevenindo o rompimento da bolha.

ESPUMANTES 



O volume de espuma gerado na máquina de flotação em condições padrão de operação é chamado de “poder espumante”. O poder espumante é influenciado pelo tipo de coletor e espumante utilizados. 

Exemplo: 



O poder espumante aumenta com o número de átomos de carbono no radical hidrocarboneto até 6 ou 7; Cai drasticamente quando a cadeia tem mais de 8 átomos de carbono.

CLASSIFICAÇÃO DOS ESPUMANTES 

Existem várias classificações diferentes dos espumantes dependendo das suas propriedades e comportamento em solução: 



Uma classificação leva em consideração o comportamento dos espumantes dependendo dos valores de pH. Outra classificação se baseia no tipo de espumante ou compostos que atuam como coletores e espumantes.

ESPUMANTES

MECANISMO DOS ESPUMANTES 

Quando o espumante é adicionado ao líquido, a tensão superficial da solução diminui como resultado da natureza anfifílica das moléculas, o que leva a adsorção preferencial destas moléculas na interface arágua.

ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE 

As bolhas podem ser geradas em líquidos através de: 



Aumento na temperatura, causando fervura (inicialmente ocorre liberação de gases dissolvidos e posteriormente geração de bolhas de vapor); Abaixamento de pressão causado precipitação de bolhas (liberação de gases dissolvidos);


As bolhas podem ser geradas em líquidos através de: 



Agitação mecânica causando aprisionamento de gases; Injeção de gás sob pressão através de um orifício ou membrana porosa.




Uma vez formadas em um líquido puro, as bolhas tendem a coalescer (redução da área superficial total) e, se livres, a subir no líquido. A presença de um surfatante dissolvido retarda a coalescência de bolhas dando origem a uma espuma.




A existência de um filme elástico é uma condição necessária para a produção de espuma, mas não é suficiente para a formação de uma espuma estável. Para a espuma ser estável devem estar presentes mecanismos que retardam a perda de líquido e gás e evitam a ruptura da lamela quando submetidos a choques ou em certas espessuras críticas (50 a 100 Å).


Os fatores que afetam a estabilidade da espuma são: 

A drenagem de líquido na lamela;



A difusão de gás através da lamela;





A viscosidade superficial; A espessura da DCE.

ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE




Após uma certa concentração, as moléculas de surfactante, na solução, passam a se agregar sob a forma de micelas. São as micelas os "entes" da solução responsáveis pela catálise micelar e pela solubilização de gorduras.




A concentração onde inicia o processo de formação das micelas (micelização) é chamada de concentração micelar crítica (CMC). A principal razão que leva os monômeros de surfactante a se associarem sobre a forma de micelas é a diminuição da área de contato entre as cadeias hidrocarbônicas do surfactante e a água.

ESPUMAS E AÇÃO ESPUMANTE

Esquema de uma micela


Para concentrações abaixo da concentração crítica a equação abaixo, chamada de isoterma de adsorção de Gibbs, mostra que a tensão superficial varia linearmente com o aumento da concentração: 

Onde:     

γ : tensão superficial

: concentração superficial em excesso R: constante universal dos gases T: temperatura absoluta C: concentração Γ


A formação do agregado leva o surfactante a uma situação onde os grupos hidrofílicos (cabeças) estão muito próximos, gerando uma repulsão eletrostática que se opõe ao processo de micelização.


Os contraíons desempenham um papel fundamental: 



Quando em concentração suficiente, proveniente da própria ionização do surfactante, ou Como aditivos à solução, blindam a carga do agregado, diminuindo o potencial elétrico e a repulsão entre as cabeças dos monômeros.






Os surfactantes iônicos se dissociam, em solução aquosa, resultando em duas espécies hidratadas: Um cátion e um ânion, ou seja, o monômero do surfactante e seu respectivo contraíon. O SDS, por exemplo, é um surfactante aniônico, e seu contraíon é o cátion Na+.


Modelo de Stigter: os monômeros se organizariam em forma esférica, onde todas as porções hidrofóbicas do surfactante estariam voltadas para o centro, formando o núcleo, e os grupamentos hidrofílicos na superfície da esfera, formando a interface com a água.




O diâmetro do núcleo micelar varia com o tamanho da cauda do surfactante, sendo de cerca de 3,6nm para o SDS. A camada de Stern é formada pelas cabeças iônicas do surfactante e seus respectivos contraíons não dissociados.




A camada de Stern compreende a parte compacta da dupla camada elétrica que circunda a superfície externa da esfera micelar.

A outra camada, mais difusa, que contém os aníons remanescentes, é denominada de camada de Gouy-Chapman.

ESPUMANTES ÁCIDOS 



São eficientes apenas em pH ácido. Em meio alcalino seu poder espumante é reduzido. Exemplos típicos desses reagentes são os fenóis, obtidos como subproduto durante a gaseificação de alcatrão de carvão e destilação de petróleo bruto.

FENÓIS 



São também conhecidos como álcoois aromáticos. Um exemplo típico desse grupo é o cresol, consistindo de uma mistura de orto (o ) (35– 40%), meta (m ) (25–28%) e para (p ) (35– 40%) cresol.

FENÓIS

ALQUILARIL SULFONATO 

É um espumante aniônico com uma estrutura composta de um hidrocarboneto aromático e um radical alifático:

ALQUILARIL SULFONATO 

Apesar de terem boas propriedades de espuma, sua aplicação foi limitada, devido a maioria desses espumantes contêm traços de enxofre, os quais interferem na flotação.

ESPUMANTES BÁSICOS 

São representados pela piridina, obtida como subproduto da destilação do alcatrão de carvão.

ESPUMANTES NEUTROS 



São os espumantes mais utilizados na flotação de minerais metálicos e óxidos. Funcionam tanto em meio ácido como em meio básico.

ÁLCOOIS ALIFÁTICOS 



São misturas de álcoois contendo de 6 – 8 átomos de carbono. O espumante mais conhecido desse grupo é o metil-isobutil-carbinol (MIBC):

ÁLCOOIS ALIFÁTICOS 

Outro espumante amplamente utilizado é o 2-etil hexanol:

ÁLCOOIS ALIFÁTICOS

ÁLCOOIS CÍCLICOS (ALFA TERPINEOIS) 



São basicamente misturas de diferentes álcoois cíclicos e produzidos a partir de resinas de pinheiros. As estruturas abaixo representam os mais comuns:

ÁLCOOIS CÍCLICOS (ALFA TERPINEOIS)

MODULAÇÃO DA COLETA 



Alguns coletores são enérgicos demais e tendem a recobrir indiferentemente partículas de todas as espécies minerais presentes, ou seja, não são seletivos . Pode-se entretanto, adicionar substâncias auxiliares que façam com que a coleta se torne seletiva, isto é, que dentre as espécies minerais presentes na polpa, o coletor escolha uma delas sem modificar as demais.




Assim, será possível flotar as partículas dessa espécie e deixar todas as demais no interior da polpa. Esse 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. Pode-se então adicionar à polpa uma terceira substância, que ative seletivamente a superfície da espécie mineral desejada, tornando-a atrativa para o coletor. Esse reagente é denominado ativador.




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. Pode-se adicionar os coletores e também outras substâncias que modifiquem a ação do coletor, ação essa chamada de modulação de coleta.


Outras razões para a adição de outros reagentes são de economia industrial: diminuir o consumo do coletor, acertar as condições de acidez e alcalinidade, para diminuir a corrosão dos equipamentos e diminuir o consumo de água.




Frequentemente, íons presentes na polpa oriundos da dissolução de determinadas espécies minerais (Fe3+, Ca2+, Al3+) exercem uma ação depressora indesejável. Para impedir essa ação é necessário removêlos antes do início da ação da coleta. Isto é feito mediante a adição de reagentes denominados sequestradores, que precipitam esses íons.




O controle de pH é uma das variáveis mais importantes que afetam a coleta. Por isso, os reagentes utilizados para ajustálo são chamados reguladores.

MODIFICADORES

FUNÇÕES DOS MODIFICADORES 



Dependendo de seu caráter funcional, o reagente modificador pode reagir com as superfícies minerais, com os coletores e com os íons contidos na polpa. Exemplo: 

Cianeto de sódio e outros cianetos solúveis em água são usados como modificadores na flotação seletiva de esfalerita, galena e minerais de ganga.


Os modificadores podem influenciar a flotação de diferentes formas, tais como: 

Podem reagir com superfícies minerais, resultando em uma mudança da composição química da superfície mineral, aumentando a adsorção do coletor na superfície mineral ou impedindo a adsorção do coletor.


Exemplo: 



Sulfato de cobre reage com a superfície da esfalerita, resultando num aumento da adsorção do coletor, e, conseqüentemente, melhor flotabilidade: ativador.

Por outro lado, o cianeto de sódio que dissolve o cobre a partir da superfície da esfalerita, evita a adsorção do coletor: depressor.





Os modificadores também podem remover os coletores da superfície mineral, causando depressão do mineral. Exemplo: numa concentração superior ao limite, o sulfeto de sódio desloca o coletor de galena, esfalerita e outros sulfetos, resultando na depressão destes minerais.





Os modificadores são capazes de mudar a flotabilidade dos minerais, independentemente da sua capacidade de reagir com coletores. A adsorção do modificadores na superfície mineral criaria uma superfície hidrofílica que não reage com coletores.





Modificadores podem alterar o pH da polpa. A adsorção de coletores na superfície mineral, na maioria dos casos é relacionada com o pH. 

Exemplo: a pirita não flota em um ambiente altamente alcalino, mas reage com xantato e flota facilmente em uma faixa de pH próximo ao neutro ou ácido.




Mudanças na flotabilidade de um mineral também podem ser alcançadas pela interação dos modificadores com os íons presentes na polpa de flotação. Exemplo: íons de metais pesados presentes na polpa reagem com silicatos, quartzo e outros, permitindo a adsorção do coletor e consequente flotação.


A prevenção da adsorção de metais pesados na superfície mineral é obtida com modificadores como a cal ou o sulfeto de sódio.


Os metais pesados reagem com o coletor, resultando na precipitação de xantatos de metal insolúveis:

MODIFICADORES INORGÂNICOS 

Ácidos e alcalinos 



São modificadores que possuem múltiplas funções. A maioria é utilizada como modificador de pH, mas podem também ser utilizados como depressores e dispersantes.


Ácidos e alcalinos 



Certos reagentes desse grupo podem induzir a floculação de partículas finas. Por exemplo, reagentes utilizados no controle da alcalinidade que contenham um cátion monovalente, tais como o Na+ (da soda cáustica) e o K+, do KOH, atuam como dispersante. Cátions bivalentes, tais como o Ca2+ o Mg2+, podem atuar como floculantes.

MODIFICADORES INORGÂNICOS




Ácido sulfúrico (H2SO4): é o ácido mais utilizado para controle de pH ácido na flotação de minerais.

É utilizado no pré-tratamento da polpa na flotação de óxidos minerais, tais como a ilmenita (FeTiO3), perovskita (CaTiO3) e fenacita (Be2(SiO4)).




Ácido clorídrico (HCl): é raramente usado na flotação mineral, em função de seu alto poder corrosivo.

Sua maior utilização é em processos hidrometalúrgicos e decapagem de aço laminado a quente.




Ácido fluorídrico (HF): libera vapores quando em contato com o ar úmido. É fabricado a partir de fluorita CaF 2 (96-97%) com ácido sulfurico concentrado:

É usado como ativador e depressor, principalmente na flotação de columbita, tantalita, sílica e feldspatos.




Ácido sulfuroso (H2SO3):, é frequentemente usado como um regulador de pH e depressor, principalmente durante a flotação de sulfetos complexos.

É amplamente utilizado em operações de flotação nos EUA como depressor da pirita e galena durante a separação de cobre/chumbo.




Soda cáustica (NaOH): é considerada como a maior reguladora de pH alcalino.

Possui uma capacidade de controle de pH muito forte (a partir do pH = 7 até pH = 14), com uma dose relativamente baixa em comparação com outras substâncias alcalinas.




Comercialmente, a soda cáustica está disponível na forma anidra, mas na maioria das aplicações de mineração é fornecida como uma solução a 50%. As propriedades da soda cáustica comercial são as seguintes:    

NaOH: 98% Na2O: 76% Ponto de fusão: 318°C Solubilidade a 20°

C:

109

g/100

g

água.


Sais: podem ser usados como depressores, ativadores e dispersantes. 



Sulfato de cobre (CuSO4.5H2O): é amplamente utilizado como um ativador para esfalerita, pirita, pirrotita e outros sulfetos. Sulfato de zinco (ZnSO4.7H2O): é usado como depressor para a esfalerita. Tem sido utilizado para deprimir talco como subproduto na flotação de molibdênio.


Sais: 

Sulfato de ferro (FeSO4.7H2O): tem sido utilizado como depressor e co-depressor nas seguintes aplicações: 

Depressão do esfalerita juntamente com cianeto;



Depressão de molibdenita também com cianeto;



Separação do cobre/chumbo.


Sais: 

Zincatos (Na(Zn(OH)3) e N a2(Zn(OH)4): são usados como depressores da esfalerita durante a flotação do cobre/zinco e chumbo/zinco.


Sais: 

Sulfato de alumínio (Al2(SO4)3.12H2O): é usado na flotação de molibdênio, como depressor de talco em pH 7. Também pode ser utilizado na depressão de talco para minérios de Ni, juntamente com carboxi metil celulose 

Os sais de alumínio têm um efeito depressivo sobre dolomita, calcita e barita. É usado como codepressores na flotação de flúor dos minérios contendo bário.


Sais: 

Sulfato de amônio (NH4)2SO4: é usado como depressor de esfalerita na flotação de minérios de cobre, chumbo e zinco. Também melhora a flotabilidade de cobre e chumbo utilizar o xantato como coletor em pH 7,5-9,0.

MODIFICADORES ORGÂNICOS 

Podem ser classificados em dois grupos principais: 

Polímeros



Ácidos orgânicos.


Polímeros orgânicos 



Formam um extenso grupo de compostos orgânicos com estruturas complexas. Representam um importante grupo de modificadores utilizados na flotação de sulfetos e minerais não-sulfetados.





O uso de polímeros orgânicos na flotação mineral está intimamente relacionado com a composição do polímero. Alguns polímeros podem ser usados como dispersantes, floculantes e depressores.



Polímeros não-iônicos 



Os polímeros mais utilizados na flotação são o amido, a dextrina, os derivados do ácido tânico e a oxicelulose. O amido consiste de unidades formadas por α(14)glucopiranose e pode ter massa molecular acima de 150.000g/mol.


A glicopiranose é composta por duas frações principais:  

a fração insolúvel em água: amilose a fração solúvel: amilopectina



Polímeros não-iônicos 



A dextrina é um polissacarídeo solúvel em água. É um produto intermediário resultante da decomposição do amido. O derivado mais comum de ácido tânico utilizado na flotação é o quebracho.



Polímeros aniônicos 

Os polímeros mais utilizados na flotação são a carboximetilcelulose, a goma de celulose e a sulfonato lignina.



Polímeros catiônicos 

Os mais importantes polímeros desse grupo utilizados na flotação são: a)

Etilenodiamina

b)

Dietilenotriamina



Polímeros catiônicos 

Os mais importantes polímeros desse grupo utilizados na flotação são: c) Poliaminas

d) Aminoácidos


Ácidos orgânicos – carboxilatos 

Os mais empregados são:



São utilizados: 





Na flotação de nióbio, como depressor da dolomita e como regulador de pH (ácido oxálico); Durante a separação do nióbio/zircônio como depressor do zircônio (ácido oxálico e cítrico); Como depressor da ganga de óxidos de minerais terras-raras (bastnaesita, monazita) (ácido cítrico e tartárico).



Os ácidos orgânicos que contêm o grupo OH na molécula são bons dispersantes para alguns óxidos, como: 

Cassiterita



Tantalita



Columbita

MECANISMOS DE ADSORÇÃO DOS COLETORES 

Coletores sulfidril 

Xantatos 



Alquil xantatos de cadeias curtas de hidrocarbonetos são facilmente solúveis em água e a solubilidade diminui com o aumento do comprimento da cadeia. As esp espécie éciess de xant xantaato iden identtific ificaados dos na polp olpa de flotação são: íons xantato (ROCS2), monotiocarbonato monotiocarbonato (ROC (R OCO OS), áci ácido xânt ântico ico (R (RO OCS2H), dissulf ulfeto de carbono (CS2) e dixantógeno (ROCS2S2COR).



Xantatos 

Das inúmeras reações que descrevem o processo de decomposição, seis são relevantes para o sistema de flotação:



Xantatos 




Xantatos 




Xantatos 





As reações 1 e 2 são as principais reações de decomposição em solução ácida, onde K1, K2 e K3 são as constantes da taxa de decomposição. Reação 3 ocorre em polpas altamente alcalinas. Para a flotação, são importantes as reações que ocorrem em uma região de pH entre 6 e 12, como a reação 4.



Ditiocarbamatos 



São mais seletivos do que xantatos, especialmente para sulfetos de ferro. Com exceção de metais alcalinos e alcalino-terrosos, todos os outros sais metálicos de ditiocarbamato são insolúveis. Em solução ácida, decompõem-se em amina e CS2.



Ditiofosfatos 

São usados sozinhos ou em combinação com xantatos para todos os sulfetos, metais preciosos e minerais do grupo da platina.

MECANISMOS DE ADSORÇÃO DOS COLETORES

A figura mostra que a adsorção não é possível acima de pH 6,6 com heptilxantato e acima de pH 7,4 com octilxantato.

INTERAÇÃO DE REAGENTES REGULADORES

INTERAÇÃO DE REAGENTES REGULADORES 

Efeitos dos ativadores 

Limpeza química da superfície mineral 

Tratamento ácido de minerais sulfetados pode melhorar a sua flotabilidade. 



O tratamento ácido do minério piritoso com ácido clorídrico e posterior lavagem melhora significativamente a sua flotabilidade Calcopirita revestida com limonita normalmente não é favorável para a flotação seletiva: faz-se um pré-tratamento com o ácido oxálico e posterior lavagem.


Efeitos dos ativadores 

Troca iônica e adsorção iônica 



Em contato com a água, minerais diferentes podem liberar íons que resultará na criação de potencial elétrico. Certos íons também pode adsorver em superfícies minerais, tais como calcopirita, esfalerita e pirita, que podem flotar sem coletor quando tratados com HS (solução a 1%) e depois lavados com ácido clorídrico.


Efeitos dos depressores 

Existem vários mecanismos de ação: 



Dessorção do coletor adsorvido sobre superfícies minerais, como resultado da reação química, formando compostos dessorvidos que não são capazes de readsorver nas superfícies minerais. Interação do depressor com o ativador em superfícies minerais em que o ativador é adsorvido, causando a dessorção do ativador (NaCN-CuS na esfalerita).



Existem vários mecanismos de ação: 



Interação do depressor com cátions presentes na polpa, impedindo a adsorção dos cátions nas superfícies minerais, ativando-as. Adsorção dos depressores sobre a superfície mineral, principalmente em monocamada, evitando assim a adsorção do coletor.





Como um grande número de depressores são eletrólitos, a primeira etapa envolve a interação de forças eletrostáticas. No caso de adsorção de depressores na superfície mineral, a quimissorção também ocorre.


Efeitos dos íons H+ e OH





O pH em sistemas de flotação é uma medida da atividade dos íons H+ e OH-. A quantidade de ácido ou base necessários para atingir um pH específico ou a depressão normalmente é controlada pelo valor de pH de polpas de flotação. O pH da fase líquida determina a adsorção do coletor de um mineral específico ou a atividade dos reagentes modificadores.





Não existem um valor de pH ótimo para um sistema de flotação, mas há uma região de pH em que coletores e reguladores possuem um melhor desempenho. Os modificadores convencionais são: CaO, Na2CO3, NaOH e H2SO4, mas existe um número elevado de outros modificadores de pH.



Oxidação mineral 



Os sulfetos, em solução aquosa, tendem a se oxidar e o pH da solução é um importante parâmetro que determina o grau de oxidação e a natureza dos produtos de oxidação. O produto da oxidação, pode influenciar significativamente a interação de vários reagentes com a superfície mineral.



Reação de íons H+ ou OH- com íons dissolvidos 

A reação é comum, especialmente quando íons multivalentes estão presentes em solução.

AMIDO 

Entre os reagentes depressores empregados industrialmente no Brasil, merece destaque o amido de milho [(C6H10O5)n, onde n é o no de unidades Dglicose que compõem o amido.

AMIDO 

É utilizado como: 



Depressor de óxidos de ferro na flotação catiônica reversa (aminas como coletoras) de minérios itabiríticos; Depressor da ganga (carbonatos e minerais portadores de ferro) na flotação direta de rochas fosfáticas com ácidos graxos (como coletores), para a produção de concentrados de apatita;

AMIDO 

É utilizado como: 



Depressor de ganga (argilo-minerais) na flotação direta de minérios de silvinita com aminas (coletor), para a produção de concentrados de KCl; Depressor de ganga (hiperstênio – um silicato de ferro e magnésio) na flotação de minério sulfetado de cobre com tiocoletores (xantatos).

AMIDO 

Os amidos são insolúveis em água fria e seu emprego como reagente de flotação depende da utilização de um processo de gelatinização que se baseia na capacidade que os grânulos de amido têm de absorver água, quando molhados ou expostos à umidade e expandir de forma irreversível.

AMIDO 

Existem dois processos de gelatinização de amidos de milho: 

por efeito térmico



por adição de soda cáustica

AMIDO 

A gelatinização por efeito térmico consiste em: 



Aquecimento de uma suspensão de amido em água a uma temperatura maior que 56 ° C que permita o enfraquecimento das pontes de hidrogênio intergranulares e, como conseqüência, o inchamento dos grânulos. Nem todos os grânulos se gelatinizarão ao mesmo tempo e à mesma temperatura, já que alguns são mais resistentes que outros.

AMIDO 



O processo de gelatinização por soda cáustica é, atualmente, o único aplicado industrialmente no Brasil. Consiste na absorção de parte do álcali da solução diluída de hidróxido de sódio pelas moléculas da suspensão de amido.

OPERAÇÕES ENVOLVIDAS NO PROCESSO DE FLOTAÇÃO 

Condicionamento: para que o reagente possa atuar na superfície da partícula mineral, coletando-a, ativando-a ou deprimindo-a, é necessário que se dê um tempo para que as partículas minerais e as moléculas de reagente tenham chance de se contactarem. Esta operação é denominada condicionamento.


Normalmente, o condicionamento é feito com baixa diluição da polpa (alta percentagem de sólidos), de modo a aumentar a probabilidade de que as gotículas de reagente e as partículas se encontrem. Daí a necessidade de adensar previamente a polpa antes do condicionamento;


Dosagem e adição de reagentes: os vários reagentes devem ser alimentados em pontos diferentes dentro do circuito. Dependendo de seu mecanismo de coleta, podem demandar maiores ou menores tempos de condicionamento. É necessário adicionar os moduladores de coleta (ativadores ou depressores) antes da adição do coletor, pois sua função é modificar a ação deste;




Flotação propriamente dita.

Algumas outras necessárias: 

operações

se

fazem

Adensamento de polpas para permitir o condicionamento;


Atrição da superfície das partículas para remover coberturas de lama ou de óxidos: quando as superfícies minerais aparecem recobertas por camadas de limonitas ou de argilominerais a superfície do mineral deve ser atritada para eliminar essa cobertura. A atrição, também chamada de “escrubagem” é feita em células de atrição.




Transporte de polpas e espumas: frequentemente é necessário quebrar a espuma. Isto é feito pela adição de um anti-espumante na calha do concentrado ou por jatos de água de alta pressão. Instrumentação e controle do processo.

DOSAGEM E CÁLCULO DO CONSUMO DE REAGENTES 

Os diferentes problemas de dosagens de reagentes podem ser relacionados com: 



Dosar ou alimentar pó grosso: usam-se alimentadores vibratórios, de correia ou de mesa rotativa; Dosar ou alimentar pó fino: usam-se os mesmos alimentadores de pó grosso;


Dosar ou alimentar líquidos puros ou soluções homogêneas: são usadas bombas dosadoras (de pistão ou de diafragma) quando a vazão é pequena. Para vazões mais altas usamse bombas de engrenagem, parafuso ou peristálticas. O equipamento padrão para a dosagem de líquidos ou soluções homogêneas é o dosador de canecas;




Dosar ou alimentar suspensões heterogêneas: faz-se necessário manter agitação permanente e a alimentação de líquid uidos corro rrosiv sivos exige esco scolher materi eriais ais de construção adequados.

As dosagens de reagentes variam em função dos teores do minério na alimentação do circuito de flotação.

Dosagens de reagentes para flotação de minério de ferro (em g/t) Teor da alimentação (% Fe) - 30

Depressor (amido) 400

Coletor (amina) 120

30 – 40

500

120

40 – 45

500

100

45 – 50

500

80

50 – 55

500

70

55 – 57,5

600

50

57,5 – 60

700

50

60 – 65

800

40

+ 65

1000

30


Consumo de reagentes (mL) para testes de laboratório: C ( mL )



M .d .0,0001 =

c

Onde:  

 

C(mL): consumo de solução de reagente em mL; M: massa de minério na alimentação da flotação, em g; D: dosagem do reagente utilizado, em g/t; C: concentração da solução do reagente, em %.




Consumo de reagentes (L/min) para usina e piloto:

Onde:  

 

C(L/min): consumo de solução de reagente em L/min; M: massa de minério na alimentação da flotação, em t/h; d: dosagem do reagente utilizado, em g/t; c: concentração da solução do reagente, em %.

Reagentes de Flotação

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