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trabalho feito em Mocambique
Tipologia: Trabalhos
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Estudantes: Docente: Aurélio Estevão Chiposse Décio Alberto Taunde Douve Engº: Francisco Caguazina Faqueiro Elton Francisco Isaías Boa Tete, Outubro de 2015
Aurélio Estevão Chiposse Décio Alberto Taunde Douve Elton Francisco Isaías Boa ENSAIOS DE FLOTAÇÃO Trabalho apresentado à Instituto Superior Politécnico de Tete, no ambito do plano da Cadeira de Estatistica de processos orientada por Engº Francisco caguazina Faqueiro. Tete, Outubro de 2015
A flotação foi desenvolvida, inicialmente, foi uma técnica revolucionária a concentração de grafita, a flotação seria aplicável apenas ao seleto grupo dos minerais hidrofóbicos.No entanto, em estágios posterior de desenvolvimento, observou-se a possibilidade de manipulação das superfícies transformando superficies hidrofílicas em hidrofóbicas, através da adição criteriosa de determinados reagentes. O processo de flotação tem três etapas bem definidas que ocorrem em sequência: colisão , adesão e transporte. A primeira etapa é bastante influênciada pelo sistema hidrodinâmica, a adesão é dependete das interações interfaiais entre a bolha e a partícula, sendo fortemente favorecida pela hidrofobicidade da superfície mineral e, finalmente, o transporte depende da estabilidade do agregado bolha- particula.É evidente que a flotação só vai acontecer se as três etapas forem bem sucedidas. O presente trabalho aborda sobre o processo de flotação em escala laboratorial ou simplesmente ensaios de flotação.
Os ensaios de flotação consistem normalmente na simulação laboratorial daquilo que referimos como flotação usando-se equipamentos em escala laboratorial adequados. O interesse industrial pela técnica de flotação teve inicio por volta de 1920. Após alguns desenvolvimentos importantes, o uso dessa técnica intensificou-se e consolidou-se, sendo hoje predominante na área de concentração de minérios (Fuerstenau, 2007; Lynch, 2007). Para além da sua aplicação na indústria mineral, a flotação tem sido utilizada em outras áreas como: Remoção de poluentes diversos (óleo, gorduras, metais pesados, etc.); Reciclagem (plásticos e papel, entre outros); Recuperação de água para uso doméstico. Objectivos de ensaios de flotação A simulação da flotação em laboratório ou simplesmte ensaios de flotação tem como objectivo proporcionar a obtenção de resultados confiáveis e minimizar os erros experimentais. Importância dos ensaios de flotação Considerando-se que cada minério tem as suas peculiaridades, torna-se essencial que a aplicação industrial da flotação seja antecedida de um estudo em laboratório, para definir a influência das diversas variáveis no processo (Fuerstenau, 2003). O operador deve ter uma caderneta de laboratório para registrar todas as informações obtidas na execução dos ensaios: condições experimentais, aspecto da espuma, entre outras.
Por sua vez a intensidade da agitação deve ser controlada com cuidado para evitar perdas. Uma agitação baixa provoca a sedimentação de partículas, por outro lado, uma agitação excessiva provoca a quebra de bolhas antes de atingir a superfície da célula, em consequência, diminui a eficiência do processo. A agitação tem a função de manter as partículas em suspensão e promover o contato bolha-mineral. A intensidade da agitação deve ser controlada com cuidado para evitar perdas. Uma agitação baixa provoca a sedimentação de partículas, por outro lado, uma agitação excessiva provoca a quebra de bolhas antes de atingir a superfície da célula, em conseqüência, diminui a eficiência do processo. Sistema de aeração A aeração no interior da célula é obtida pela introdução de um fluxo de ar na parte superior do sistema. O fluxo de ar passa internamente pelo tubo vertical oco que está ligado ao sistema de agitação, saindo em aberturas situadas próximas a um dispersor, cuja função é promover a geração de bolhas pequenas Existem duas formas de promover a aeração nas quais destacamos: Por ar comprimido Pressão negativa gerada na parte inferior do impulsor
1. Ar comprimido Com auxílio de ar comprimido, no caso das células que usam essa forma de aeração, torna-se possível o controle da quantidade de ar injetado na célula. 2. Pressão Negativa Gerada na Parte Inferior do Impulsor Em outras células, o vácuo formado pelo impulsor, na parte inferior do sistema de agitação, gera uma pressão negativa que proporciona a entrada de ar atmosférico através de uma válvula na parte superior do rotor. As células que usam esse sistema de aeração dispensam a instalação do compressor de ar, no entanto não permitem que se tenha o controle eficiente da aeração.
A aeração no interior da célula é obtida pela introdução de um fluxo de ar na parte superior do sistema. O fluxo de ar passa internamente pelo tubo vertical oco que está ligado ao sistema de agitação, saindo em aberturas situadas próximas a um dispersor, cuja função é promover a geração de bolhas pequenas. Função do sistema de aeração A aeração tem a função de abastecer a polpa com bolhas que são responsáveis pelo transporte das partículas hidrofóbicas. Quanto maior a superfície específica das bolhas, maior a probabilidade de contato com as partículas e, conseqüentemente, maior a eficiência do processo de flotação. Alguns modelos de células de flotação possuem um sistema de adição de água que permite manter constante o nível da polpa. PROCEDIMENTO DOS TESTES DE ENSAIO DE FLOTAÇÃO a) Representatividade da Amostra Da mesma forma que ocorre com outros ensaios de laboratório, todas as amostras utilizadas nos testes de flotação devem ser representativas da amostra global do minério, da amostra do depósito mineral em estudo ou de parte selecionada do mesmo. A amostra usada em laboratório pode ser cerca de 100.000 vezes menor ou mais, em relação àquela usada na unidade industrial. Diante dessas peculiaridades, pode-se recorrer a dados da geologia e/ou lavra do corpo mineralizado, para se atingir a representatividade desejada. b) O uso de água nos ensaios a flotação A composição química da água utilizada pode ter um efeito significativo nos resultados da flotação, já que as diferentes espécies iônicas da suspensão aquosa podem interferir na
d) Preparação dos Reagentes O sistema de reagentes e a quantidade usada na flotação são sempre objeto de estudo. Além de ser um fator determinante na eficiência do processo, corresponde à maior parcela do custo operacional das unidades industriais de flotação. A escolha inicial do sistema de reagentes é função de experiências anteriores do pesquisador e/ou de referências citadas em publicações especializadas. Deve ser lembrado que, na prática industrial, o sistema de reagentes sofre alterações contínuas em decorrência da própria modificação na composição mineralógica do minério e da necessidade de otimização do processo. Na preparação dos reagentes, o estado de conservação deve ser observado. As características químicas do reagente podem ser alteradas em decorrência das condições inadequadas ou do longo período de estoque. O uso de reagentes alterados, naturalmente, vai afetar a credibilidade dos resultados (Klimpel, 1980). Os reagentes são fornecidos pelos fabricantes na forma: sólida ou líquida. Reagentes gasosos são usados em casos especiais. Esses produtos podem ser adicionados na célula de flotação, na forma natural ou sob a forma de soluções. Em alguns casos os reagentes não são miscíveis em água, por isso prefere-se sua adição direta na célula ou a sua emulsão em líquidos apropriados. O espumante costuma ser adicionado em gotas, cujos pesos são conhecidos (Nagara, 2007). A pesagem do reagente deve ser feita de forma criteriosa, já que um pequeno erro poderá ter reflexos importantes no resultado final do teste. Na prática, a adição dos reagentes de flotação é calculada em termos de concentração molar ou da relação reagente (gramas)/ minério seco (tonelada). A quantidade, forma e ponto de adição dos reagentes, inclusive outros controles do teste, devem ser registrados na caderneta de laboratório do operador, com o devido cuidado e clareza. Esses dados fazem parte essencial do estudo. e) Condicionamento A etapa de condicionamento tem a função de promover o contato dos reagentes com as superfícies dos minerais. A adsorção pode ser monitorada pela variação do potencial zeta das partículas ou pela determinação da variação da concentração do reagente na polpa.
Em laboratório, o condicionamento costuma ser feito na própria célula, mantendo-se fechada a entrada de ar. A adição de cada reagente é seguida de um período de agitação próprio, em função do condicionamento programado. Em cada caso, deve-se estudar a conveniência da adição isolada ou da adição conjunta de dois ou mais reagentes. É prática comum utilizar, no condicionamento, uma concentração de sólidos na polpa acima daquela usada na flotação (podendo ser da ordem de 50% de sólidos ou mais). O fato de os reagentes serem mais efetivos em soluções concentradas justifica esse procedimento (Chaves e Filho, 2004). A agitação da célula também pode ser mais intensa do que aquela usada na flotação, a fim de possibilitar melhores condições de contato partículasreagentes. A busca do melhor tempo de condicionamento para cada reagente é objeto da pesquisa, e o valor otimizado deve ser registrado na caderneta do operador. Na indústria, em geral, o contato do minério com os reagentes é feito em tanques agitadores conhecidos como condicionadores. No entanto, há sempre a opção de adição em outros pontos do circuito, como no moinho, nas tubulações que conduzem o minério à célula ou na própria célula, de modo a possibilitar um maior ou menor contato do reagente com o minério. O ponto ideal de adição do reagente deve ser objeto de investigação. f) Diluição da Polpa Entende-se por diluição a relação entre a massa de minério e de água, expressa sobre a forma de percentagem de sólidos na polpa. A diluição é determinada em função do tipo de minério, de sua granulometria e da tolerância em termos de contaminantes no concentrado. Nos casos de minérios grossos e/ou de maior tolerância com relação à seletividade, é possível o uso de percentagens de sólidos mais elevadas. Por outro lado, quanto maior for o conteúdo de finos e de materiais argilosos do minério e/ou as exigências com relação ao teor do concentrado, deve-se usar polpas cada vez mais diluídas. Isso decorre do fato de as partículas finas serem suscetíveis ao arraste hidrodinâmico e, conseqüentemente à contaminação do concentrado (Barbery et al ., 1986).
prejudicial ao processo, esse método é evitado. Outro procedimento consiste na adição do reagente, segundo suas emulsões em água, que deve ser preparada por meio de forte agitação (Jameson, 2007; Pugh, 2007). O coletor costuma ser utilizado na forma de sal. A saponificação ou neutralização de um ácido-graxo ocorre da sua reação com uma base inorgânica. Geralmente, usa-se o hidróxido de sódio ou de potássio, conforme ilustrado na reação da Equação abaixo: RCOOH + NaOH RCOONa + H2O [1] As aminas são utilizadas sob a forma de sais solúveis. O ácido acético e o ácido clorídrico são os mais usados para neutralizar a base orgânica. Uma das razões da preferência é a atividade praticamente nula dos ânions liberados, o que é importante para o controle do processo. No caso da neutralização com ácido clorídrico, a seguinte reação é observada: RNH2 + HCl RNH3+ + Cl- [2] O mesmo ocorre com os coletores sulfidrílicos. O ácido ditiocarbônico costuma ser usado na forma de sal, conhecido como xantato, resultado da reação do ácido xântico com um hidróxido de sódio ou de potássio, como se observa na Equação [3]. ROCSSH + MeOH ROCSSMe + H2O [3] Sendo, Me = Na ou K A adição é feita de forma escalonada, considerando-se o tempo de condicionamento necessário a cada reagente. Inicialmente, adicionam-se os modificadores (regulador de pH, dispersante, depressor, ativador, etc.), em seguida, o coletor e, por último, o espumante. Em alguns casos, mais de um modificador pode ser adicionado ao mesmo tempo. A ordem de adição deve ser objeto do planejamento do teste. Essa organização no procedimento não só evita atraso à alimentação, na célula, de cada reagente, como assegura uma adição correta.
h) Controle do pH O pH da polpa pode influenciar a: Carga elétrica superficial das partículas (as espécies OH- e H+ são determinantes de potencial para a maioria dos minerais); Ação dos reagentes e o estado de dispersão da polpa; Ação das espécies químicas presentes na água de processo. Portanto, o pH pode ter uma influência fundamental, tornando-se mais evidente nos sistemas que utilizam coletores que se adsorvem fisicamente, como as aminas (Ralston, 2007). Para o controle do pH, utilizam-se os reguladores (ácidos e bases), devendo-se usar medidores de pH precisos e calibrados para garantir a consistência dos resultados. Nos testes de laboratório, em geral, primeiro se ajusta o pH da polpa e, em seguida, adicionam-se os demais reagentes. A quantidade a ser adicionada varia com a natureza do minério e o pH desejado. Nos circuitos industriais de flotação, os reguladores de pH são adicionados: Nas etapas de moagem; No condicionamento antes da adição dos coletores; Em alguns casos nas etapas rougher e cleaners. Quantidades excessivas de reguladores para obter um determinado valor do pH, indicam a existência de sais solúveis na polpa. i) Tempo de Flotação Considera-se como “tempo de flotação” o período em que o minério permanece na célula sob ação da agitação e da aeração. Nas células de laboratório, o controle do tempo de flotação é absolutamente preciso já que todas as partículas não flotadas permanecem na célula até o momento em que a mesma é desligada. Nos circuitos industriais, no entanto, o tempo de flotação está relacionado ao volume útil do banco (conjunto de células). Na verdade, obtém-se um tempo médio de permanência, com algumas partículas podendo passar rapidamente pelo circuito e outras permanecendo por longo período. O tempo de flotação tem grande influência tanto no teor como na recuperação do mineral de interesse (Thompson, 2002).
O aumento da superfície específica disponível amplia as possibilidades de contato bolha/partícula. A distribuição homogênea do fluxo de ar, na polpa, depende do sistema hidrodinâmico e do desenho da célula. Recomenda-se queo operador introduza o ar na polpa, de forma lenta e gradual, evitando abrir a válvula bruscamente. Em laboratório, a retirada de espuma da célula deve ser feita de forma cadenciada, segundo um procedimento regular de coleta (recomenda-se uma “raspagem” a cada 15 segundos), simulando a operação contínua em unidade piloto e/ou industrial. Esse procedimento possibilita a reprodutibilidade dos resultados. O volume de água removido, em cada teste, deve ser determinado e devidamente registrado na caderneta de laboratório. A importância desse procedimento está relacionado ao fato de que, como a “água flotada” transporta partículas hidrofílicas, não se pode comparar, por exemplo, teores obtidos em testes realizados, com grande variação de volume de “água flotada”. Há um modelo de raspador em célula de laboratório que permite aremoção da espuma na área posterior ao rotor e evita que o operador varie a profundidade de coleta. k) Registro e Avaliação dos Dados Obtidos nos Testes de Flotação O registro dos dados e/ou resultados é feito em caderneta especial de laboratório, na qual o operador aponta, de forma clara e objetiva, os resultados das análises químicas e pesos dos produtos, isto é, os dados essenciais aos cálculos dos balanços de massa e metalúrgicos. O exemplo da Tabela 1 ilustra o registra de alguns dos resultados básicos obtidos nos ensaios de flotação. As anotações devem ser feitas de forma cuidadosa, devendo constar informações como: O tipo de célula e volume das cubas usadas em cada estágio; A velocidade de rotação da célula nas etapas de condicionamento e de flotação; Os tempos de condicionamento e flotação; As percentagem de sólidos na polpa de condicionamento e de flotação; Tipo do medidor de pH, bem como o valor do pH medido no condicionamento, e em cada estágio, rougher, scavenger, cleaner ; Dosagem e forma de adição dos reagentes; Aspecto da espuma, quanto ao volume, cor, mineralização, consistência, entre outras.
Exemplo dos resultados obtidos num teste de ensaio de flotação e o seu respectivo balanço^1 : (^1) SAMPAIO, J. A. Et all: Tratamento de Minérios Práticas Laboratorias, Centro de Tecnologia Mineral-Ministério da Ciência e Tecnologia, Rio de Janeiro, 2007.
SAMPAIO, J. A. Et all: Tratamento de Minérios Práticas Laboratorias, Centro de Tecnologia Mineral-Ministério da Ciência e Tecnologia, Rio de Janeiro, 2007. Barbery, G. , et all: Laboratory testing for flotation circuit design. In: Mular, A. e Bhappu, R.B. e Anderson, A. (Ed.). Design and installation of concentration and dewatering circuits. SME, 1986, p.419-432. Chaves, A. P. e Filho, L. S. L. Flotação. In: Luz, A. B., Sampaio, J. A. e Almeida, S. L. M. (Ed.). Tratamento de minérios. 4a ed. Rio de Janeiro: CETEM/MCT, 2004, p.411-458. Fuerstenau, D. R. A century of developments in the chemistry of flotation processing. In: Fuerstenau, M. C.; Jamenson G. e Roe-Hoan Yoon. Froth flotation a century of innovation. SME, 2007, p.63-64. Ralston, J.; Fornasiero, D. e Grano, S. Pulp and solution chemistry. In: Fuerstenau, M. C.; Jamenson G. and Roe-Hoan Yoon. Froth flotation a century of innovation. SME, 2007, p.227- 258
