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Capítulo do livro Tratamento de Minérios - CETEM.
Tipologia: Manuais, Projetos, Pesquisas
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Centro de Tecnologia Mineral Ministério da Ciência e Tecnologia
Tratamento de Minérios 4a^ Edição – CETEM 339
A química de interfaces e de sistemas coloidais desempenha um papel importante na tecnologia mineral. A flotação em espuma é um exemplo de química de superfície aplicada, pelo qual minerais podem ser separados de outros minerais, dispersos em uma solução aquosa, contendo, entre outros, agentes tensioativos que controlam suas propriedades de superfície para uma separação efetiva. Na prática, isto é levado a efeito por meio da adição de surfatantes a uma polpa de minério cominuído. Na etapa seguinte, por dispersão de uma fase gasosa na célula de flotação, as partículas de certo(s) mineral(ais) prendem-se às bolhas de ar e são conduzidas por elas à camada de espuma, onde são recolhidas sob a forma de uma espuma rica em determinado(s) mineral(ais).
O principal objetivo da adição de surfatantes é o recobrimento da superfície mineral, tornando-a hidrofóbica. Os minerais hidrofobizados apresentam uma fraca afinidade pela água e conseqüentemente podem ser ligados às bolhas de ar e separados dos demais.
A separação por flotação é caracterizada pelo envolvimento das fases sólida, líquida e gasosa. Desse modo, para a compreensão desse processo, é necessário estudar as propriedades físico-químicas de superfície, estabelecendo a natureza e a ligação entre as interfaces sólido-líquido, sólido-gás e gás-líquido. Neste particular, a aplicação dos princípios da termodinâmica de interfaces tem contribuído para o entendimento dos mecanismos envolvidos no processo.
O conceito de energia livre superficial fornece uma base satisfatória para explicar a maioria dos fenômenos que são pertinentes ao processo de flotação. Evidências experimentais dentro dos princípios da fragmentação indicam que sólidos duros geralmente apresentam energia superficial mais elevada do que os friáveis, requerendo uma maior quantidade de energia para romper as forças de ligação existentes antes da formação das superfícies. A energia livre superficial dos sólidos deve ser considerada, pois o cálculo da mesma permite ainda avaliar a hidrofobicidade bem como outros parâmetros de molhabilidade.
As partículas finas produzidas durante o processo de fragmentação aderem umas às outras, por meio de forças eletrostáticas e de van der Waals. Dessa forma, são poucas as etapas do processo de beneficiamento realizadas a seco, a água é o meio de dispersão mais econômico. Conseqüentemente é importante avaliar a reatividade da superfície dessas partículas, gerada pela quebra da periodicidade regular da rede cristalina dos sólidos, com as moléculas de água, ou seja, a natureza da interface mineral-água.
Em comparação com o interior do cristal, aqueles da camada mais externa apresentam forte tendência de interação com outras espécies químicas normalmente presentes na polpa. Esta interação é a causa principal dos fenômenos de adsorção que ocorrem na interface mineral-água. Estes fenômenos podem ser de natureza química,
Tratamento de Minérios 4a^ Edição – CETEM 341
elétrons e, conseqüentemente, envolve altas energias (da ordem de 100 kcal/mol), a ligação de van der Waals pode operar a distâncias onde existe pequeno ou mesmo nenhum recobrimento ou troca de elétrons e, em geral, é associada a energias menores (da ordem de 1 a 10 kcal/mol). Existem, pelo menos, quatro tipos de forças que contribuem para a ligação de van der Waals (Companion, 1932).
A primeira força do tipo atrativa, leva ao que se chama energia de orientação e está presente em arranjos moleculares cujas partículas constituintes possuem um momento de dipolo elétrico permanente como, por exemplo, as moléculas de HCl, NH 3 , H 2 O, sendo a contribuição para a energia total de van der Waals relativamente pequena ( Keeson ).
O segundo tipo de força atrativa é aquela entre um dipolo permanente e um dipolo induzido conhecida por energia de indução, também uma contribuição relativamente pequena ( Debye ).
O terceiro tipo de força atrativa, que leva à energia de dispersão, explica o comportamento dos gases nobres e, ao mesmo tempo, vem a ser a maior contribuição à atração de van der Waals (dipolo instantâneo que pode induzir um outro dipolo instantâneo que flutua em fase com o primeiro, à medida que os elétrons se movem ao redor do núcleo) ( London ).
A quarta força, necessariamente grande e repulsiva, torna-se efetiva quando duas nuvens eletrônicas de cada átomo ou molécula, que estão interagindo, começam a se interpenetrar, sendo a mesma força que, nos cristais iônicos, contrabalança a atração eletrostática na distância interiônica de equilíbrio ( Born ).
A Tabela 9.1 apresenta as ordens de grandeza relativas das contribuições de orientação, indução e dispersão de London à atração total de van der Waals. Verifica-se que as energias de orientação, como era de se esperar, aumentam à proporção que o momento de dipolo elétrico da molécula aumenta. Em todos os casos, as energias de dispersão de London predominam e para moléculas semelhantes (e somente para elas) aumentam com o número de elétrons (Companion, 1932).
A ligação química em muitas substâncias cristalinas representa uma combinação de dois ou mais tipos mencionados acima, ou um tipo de ligação predominante em certas planos do cristal. Não se pode deixar de mencionar, também, a ligação de hidrogênio orientada em determinados cristais. A ligação fraca peculiar que mantém um átomo ávido por elétrons de uma segunda molécula, i.e., a ponte de hidrogênio, não se encaixa facilmente nas categorias de iônica, covalente, ou de van der Waals. Embora as pontes de hidrogênio caiam na mesma faixa de energia que as interações de van der Waals (menos que 10 kcal/mol) elas parecem se formar em direções preferenciais, contrastando com o caráter não-orientado das ligações de van der Waals.
Tabela 9.1 - Contribuições para a energia de atração de van der Waals no vácuo para vários pares de moléculas a 293K (Israelachvili,1991).
342 Química de Superfície na Flotação
Coeficiente de energia (10 -79J.m^6 ) Molécula μ dipolo permanente (D * )
Energia de orientação
Energia de indução
Energia de dispersão de London Ne-Ne 0 0 0 4 CH 4 -CH 4 0 0 0 102 HCl-HCl 1,08 11 6 106 HBr-HBr 0,78 3 4 182 HI-HI 0,38 0,2 2 370 NH 3 -NH 3 1,47 38 10 63 H 2 O-H 2 O 1,84 96 10 33
Para encontrar uma relação entre a hidrofobicidade e o tipo de ligação, Gaudin et al., (1957) classificaram os sólidos cristalinos de acordo com a sua ligação dominante. Eles propuseram que a ausência de flotabilidade natural de um sólido é decorrente da formação de fraturas ou superfícies de clivagem formadas com base no rompimento das ligações primárias interatômicas. Quando, em um sólido, as ligações residuais são dominantes, a quebra desta partícula gera uma superfície não-iônica, praticamente indiferente ao contato com água. Isto é, os átomos nos planos com ligações residuais dominantes (ex: cristais moleculares de parafina) não reagem com a água e são completamente apolares.
A estrutura cúbica da pirita assemelha-se à do NaCl, considerando-se que íon Cl- é substituído pelo grupo S-S. Neste caso, as ligações químicas são predominantemente covalentes. É atribuído a estas ligações, o caráter hidrofóbico da superfície da pirita em comparação com os minerais unidos por ligações não covalentes, tais como a halita (NaCl) e silvita (KCl) (Liu e Somasundaram, 1994). Além disso, um sólido unido por este tipo de ligação (dominante), mesmo após sua quebra, poderia ser menos polarizável que um sólido iônico. No entanto, como as ligações covalentes na pirita não são simétricas - como é caso de moléculas de hidrocarbonetos - a mesma poderia ser mais hidrofílica que, por exemplo, o carvão.
As substâncias salinas interagem fortemente com a água, mediante as forças polares além das forças de dispersão, o que lhes confere um caráter hidrofílico. Segundo Gaudin et al. (1957) somente os compostos iônicos são definitivamente hidrofílicos. Por isto, existe um grupo de compostos onde não se vê uma relação direta entre o tipo de ligação e o caráter hidrofílico/hidrofóbico, o que pode ser estendido aos metais e sulfetos. Isto também poderia ser dito para a estrutura cristalina. Por exemplo, AgI é hidrofóbico e forma um cristal parecido com a esfalerita que, por si mesma, é hidrofílica. Outro exemplo, NaCl é hidrofílico e AgCl é hidrofóbico, embora ambos apresentem a mesma estrutura cristalina. Pode-se depreender, com base no mencionado acima, que a polaridade e a capacidade de ionização, não a estrutura cristalina, são os parâmetros principais para a previsão da hidrofobicidade de sólidos. A polaridade, por exemplo, pode ser inerente ao sólido, como também, talvez, o resultado da reação das espécies presentes na superfície do sólido com
344 Química de Superfície na Flotação
Vdp
i
dG = − SdT+ [9.8]
onde T é a temperatura absoluta, P é a pressão, S é a entropia e V é o volume. Os parâmetros T e P são variáveis intensivas (independem das quantidades do sistema) enquanto S, V e U são variáveis extensivas que dependem da quantidade de material envolvida, isto é, do tamanho do sistema considerado.
As funções termodinâmicas, que são normalmente desenvolvidas para sistemas bulk , omitem variáveis, as quais estão especificamente associadas aos campos gravitacionais, magnéticos, elétricos e às interfaces. Todo o sistema de mais de uma fase requer parâmetros adicionais para definição das condições da região de separação das mesmas.
Os parâmetros de superfície e os efeitos associados às cargas elétricas e ao potencial químico das espécies não podem ser desprezados. Assim, quando o sistema exigir outras variáveis que definam seu estado, além das cordenadas P, V, T, S, as expressões anteriores modificam-se (Macedo e Luiz, 1975) e a forma diferencial de U será, conforme a seguir:
i
onde ki e Ki constituem pares de coordenadas intensivas e extensivas. Por exemplo, se Ki for uma carga elétrica, ki será um potencial elétrico. Caso importante é aquele em Ki é o número de moles da espécie i e ki o potencial químico da espéciei i. Neste caso, fazendo Ki =ni ,
=μ i
dn i
i S,V, n
i (^) n
a j
onde μi é chamado potencial químico da espécie química i.
Então, com a substituição direta da equação [9.10] na expressão [9.9], tem-se que:
i
Evidentemente, as propriedades das moléculas no interior de cada fase (fase bulk) são diferentes das propriedades das moléculas nas interfaces. Por exemplo, uma molécula no interior do líquido está rodeada de outras moléculas com as quais exerce forças atrativas. O transporte de moléculas do interior do líquido até a fase gasosa (vaporização) necessita de energia para vencer as forças coesivas no interior do líquido. Dessa forma, parte destas ligações devem ser rompidas para levar uma molécula à superfície. Esta
Tratamento de Minérios 4a^ Edição – CETEM 345
situação determina a existência de uma força atrativa direcionada ao interior da fase líquida e perpendicular à superfície. Esta força é chamada de tensão superficial. Conforme mencionado, é necessário fornecer energia ao sistema para aumentar a área interfacial.
A tensão superficial ou interfacial γ é definida termodinamicamente como o trabalho reversível necessário para criar uma unidade de área da superfície entre duas fases. A tensão γ, é medida em unidades de força por comprimento (N x m-1, dinas x cm-1).
Para um aumento infinitesimal na área interfacial, d As , área da nova superfície, o trabalho W associado é igual a:
dW srev= γdA^ s [9.12]
onde o sobrescrito denota a interface
Para sistemas envolvendo interfaces, os dois parâmetros adicionais devem ser considerados ao formular as equações termodinâmicas e para definir o estado do sistema: a área superficial A s , uma variável extensiva e a tensão superficial γ, uma variável intensiva. Por esta razão, na equação [9.11] pode ser incluído o trabalho correspondente à variação da área interfacial da equação [9.12]. Assim tem-se:
i i
i dU TdS PdV γdAs^ μdn
A combinação da equação [9.13] com as funções de energia representadas nas equações [9.4], [9.6] e [9.8] permite redefinir γ, de acordo com as expressões abaixo:
j j j T,p,n j
s T,V,n
s S,p,n
s S,V,n
s (^) A
γ (^)
Devido à faixa finita de ação das forças intermoleculares, uma interface poderia ser considerada como uma região de espessura finita por meio da qual a energia, densidade e outras propriedades termodinâmicas modificam-se gradualmente (Figura 9.1.a) (Koopal, 1992). Assim, a composição do sistema físico real seria apresentada por um determinado perfil, conforme exemplificado na Figura 9.1.b. No entanto, este perfil é simplificado no modelo, introduzindo um plano de superfície imaginário entre as duas fases bulk , sendo que, para reconhecer a presença da região interfacial, definiu-se uma quantidade denominada “excesso superficial”.
Para a superfície divisória, também chamada de plano de Gibbs, assume-se que há uma descontinuidade na densidade, massa, energia, entropia, força e composição molecular.
Tratamento de Minérios 4a^ Edição – CETEM 347
A equação [9.18] é obtida subtraindo as equações [9.16] e [9.17] da equação [9.13].
A condição de equilíbrio interno dU=0 assegura que T α^ = Tβ=Ts=T; e
. Esta última relação implica em uma interface plana. A partir da integração da
equação [9.18], considerando-se as variáveis intensivas constantes, obtém-se a função característica para a energia de superfície:
μ (^) i∂ = μiβ= μ α (^) =pβ= p
s i ni
s i
s i
p
i
U s^ TSs γA μ
Da mesma forma que para a fase bulk , outras funções de estado podem ser obtidas para a superfície. A entalpia de superfície é obtida substituindo o termo pV por γA s :
i
i H s^ Us γA TSs μn
A energia de superfície de Helmholtz é definida pelo modo convencional:
i
i F s^ Us TSs γA μn
A energia de superfície de Gibbs pode se definida como:
s i i
i G s^ Us TSs γA Fs γA μn
Pela equação [9.21], γ pode ser identificada como:
i
i i
i in s
s
Para líquidos puros:
s
s
s
mas sempre que houver outro componente presente no sistema, isto é, soluto em
348 Química de Superfície na Flotação
A equação de adsorção de Gibbs representa quantitativamente a variação da tensão superficial devido à adsorção de um ou de vários componentes, isto é, relaciona a tensão superficial entre duas fases à temperatura T do sistema, ao potencial eletroquímico das várias espécies em solução, μ 1 , μ2, μ3,... μi, e à adsorção das várias espécies na interface Γ 1 , Γ 2 , Γ 3 , ... Γi, a pressão constante (Fuerstenau, 1982a].
μ i
1 i
μ i
i
) (^) dμ
i
A equação [9.25] é equivalente a equação de Gibbs-Duhem (Koopal, 1992). Por definição, considera-se a adsorção do solvente (componente 1) igual a zero (Fuerstenau,
modo que Γ 1 =0. Dessa forma a equação [9.25] pode ser modificada para:
i 2
( 1 )
=
A temperatura constante, a equação [9.26] passa a ser:
i 2
( 1
=
ou
( 1 ) Γi
o μi
i (^) T ,j
∂μ
∂γ
μ
A densidade de adsorção é independente da escolha do plano de Gibbs. Isto foi
demonstrado reescrevendo a equação [9.26] para T e constantes (equação 9.28). Se a
razão i (^) T,μ j
μ
γ (^) ( 1 )
é independente da escolha do plano divisório, logo deve ser
também independente. Uma prática comum (que já foi aplicada na equação 9.25) é fixar a posição do plano para Γ 1 = 0. No entanto, quando outra escolha de localização para o plano de Gibbs for mais conveniente, isto poderá ser feito. A equação de adsorção de Gibbs pode ser aplicada para todos os tipos de interfaces.
350 Química de Superfície na Flotação
Evidentemente, medidas experimentais de tensão superficial para diferentes concentrações de soluto permitirão calcular a adsorção deste soluto na interface ar-solução. A densidade de adsorção pode ser determinada por meio da derivada em cada ponto da curva que representa a variação da tensão superficial com o logaritmo da atividade ou concentração.
A tensão superficial de uma solução é, geralmente, afetada pela concentração do soluto. Os eletrólitos (KCl, NaCl, MgSO 4 ), em geral, provocam um aumento da tensão superficial da água com o aumento de sua concentração. A maioria dos surfatantes (álcoois, carboxilatos, aminas, sulfatos, sulfonatos, sais quaternários de amônio, etc.), ao contrário, acarretam uma diminuição da tensão superficial, de acordo com a Figura 9. 2.
log da Concentração
Tensão superficial
Água Eletrólito Surfatante
Figura 9.2 - Efeito do tipo e concentração do soluto na variação da tensão superficial.
A Figura 9.3 ilustra a linha de contato entre as três fases: sólido, líquido e vapor. A hidrofobicidade de um sólido pode ser avaliada diretamente pelo ângulo de contato θ entre as fases sólida, líquida e gasosa. Quando este ângulo, medido por convenção na fase líquida, é estabelecido, admite-se que o equilíbrio foi atingido entre as interfaces sólido- líquido, sólido-gás e gás-líquido, estando as mesmas mutuamente saturadas. Se o ângulo θ apresentar valores elevados, as bolhas espalham-se sobre a superfície e, portanto, o sólido que não foi molhado pelo líquido (meio aquoso) é considerado hidrofóbico.
Tratamento de Minérios 4a^ Edição – CETEM 351
Figura 9.3 - Representação esquemática do ângulo de contato entre as fases líquida, sólida e gasosa em equilíbrio.
A equação de Young estabelece a condição termodinâmica de equilíbrio entre as interfaces envolvidas, onde o ângulo de contato θ depende da tensão superficial ou energia livre superficial, γ, das três interfaces (Finch e Smith, 1979):
o γSL γLG^ cos SG
γ − = θ
γSG o
γ SL
γ LG
SG
onde:
tensão superficial na interface sólido-gás;
tensão superficial na interface sólido-líquido;
tensão superficial na interface líquido-gás.
A equação de Young é válida para um sistema ideal, onde todos os efeitos
lembrar que a superfície do sólido, de energia livre superficial deve estar em equilíbrio
com a pressão de vapor (p) do líquido puro adsorvido nessa interface; por conseguinte, a partir da adsorção das moléculas do líquido forma-se um filme de pressão superficial Π (Ralston e Newcombe, 1992; Adamson, 1990; Drzymala, 1994). Levando-se em consideração a presença das moléculas do líquido (água) na superfície do sólido, a equação de Young assume a seguinte forma:
γ (^) S−Π −γSL =γLGcos θ [9.33]
A água pode adsorver-se química ou fisicamente na superfície do sólido. Se a adsorção é física, as moléculas de água são ligadas à superfície por meio de forças dispersivas (London-van der Waals) e permanecem como moléculas. A adsorção física das moléculas de água reduz a tensão superficial do sólido e a variação da energia livre superficial é dada pela equação de Bangham-Rozouk (Adamson, 1990):
Tratamento de Minérios 4a^ Edição – CETEM 353
trabalho requerido para deformar a bolha antes da ligação com o sólido bem como a geometria do sistema.
Combinando a equação de Young com a forma apropriada da equação de Dupré [9.37], obtém-se a equação de Young-Dupré, a qual fornece o critério termodinâmico para a flotação:
o
que significa que a ligação partícula-bolha e a subseqüente flotação é possível se a variação da energia livre da ligação é negativa, isto é, quanto mais negativo o valor de ∆G maior é a probabilidade da flotação da partícula.
Dessa forma ∆G é negativo quando o ângulo de contato está entre 0 e 180°, isto é, quando a superfície é hidrofóbica. A melhor prova do critério termodinâmico de flotabilidade, segundo Laskowski (1986), foi apresentada por Yarar e Kaoma (1984), quando demonstraram que a flotabilidade das partículas de enxofre, teflon e molibdenita, em
Além da condição termodinâmica, as equações de Young [9.32] e de Young-Dupré [9.38] introduzem o conceito que a flotabilidade de um sólido é controlada pela energia superficial. Dessa forma, o processo de flotação pode ser visto como a arte e a ciência de converter os sólidos de energia superficial alta em sólidos hidrofóbicos (isto é, de baixa energia). Assim, as moléculas do surfatante interagem com o sólido, além das interações com as outras interfaces disponíveis, causando uma diminuição da energia superficial do sólido, , sendo que esses valores devem ser bem menores que os obtidos na interface
LG
É provável que, em alguns casos, a flotação das partículas não ocorra, mesmo quando os critérios termodinâmicos são favoráveis. Este fato está ligado a outros critérios que, por sua vez, correlacionam-se à cinética e à hidrodinâmica do sistema de flotação, que também devem ser satisfeitos [Laskowski, 1986]:
as partículas devem colidir com as bolhas;
filme de separação na interface partícula-bolha (camada de hidratação residual que decresce com a hidrofobicidade da partícula) deve ser o mais fino possível e romper durante o tempo de colisão;
agregado partícula-bolha deve ser resistente o suficiente para permanecer intacto na célula de flotação, até a retirada da espuma.
354 Química de Superfície na Flotação
Esses critérios podem ser expressos em termos de um produto de três probabilidades [Hornsby e Leja, 1983], conforme apresentado na equação [9.39]:
P = Pa Pc Ps [9.39]
onde:
P = probabilidade da flotação;
Pa = probabilidade de adesão entre partículas hidrofóbicas e bolhas de ar;
Pc = probabilidade de colisão partícula-bolha;
Ps = probabilidade de formação de um agregado partícula-bolha estável.
A probabilidade de adesão, P (^) a está diretamente relacionada ao ambiente químico predominante em um dado sistema de flotação. Isto é, poderá ser influenciada pela mineralogia, reagentes e condições da polpa, sendo controlada predominantemente pelas forças superficiais. O ângulo de contato poderia caracterizar diretamente os critérios para a flotação de uma partícula, se não houvesse resistência à adesão partícula-bolha por fatores da cinética ou se estes fatores dependessem dos mesmos parâmetros do ângulo de contato (Araújo e Peres, 1995).
A probabilidade de colisão, P (^) c é especialmente influenciada pelo tamanho da partícula, da bolha e, em geral, pelas condições hidrodinâmicas, sendo independente da hidrofobicidade da partícula.
Já a probabilidade P (^) s apresenta uma relação direta entre a força de adesão do agregado partícula-bolha e o ângulo de contato. Quanto maior o valor do ângulo maior é esta força e, neste caso, maior é o valor de Ps na equação [9.39].
O ângulo de contato, que dá uma medida da hidrofobicidade da partícula, pode ser calculado com auxílio da equação de Young. No entanto, a lista de valores de tensões superficiais na interface sólido-líquido disponíveis na literatura é extremamente pequena. Somente para o gelo e o mercúrio líquido existem dados suficientes para o cálculo de seus ângulos de contato, usando as equações [9.32] e [9.33]. De acordo com os valores de ,
, e fazendo = 0, o gelo é hidrofílico porque apresenta um ângulo de contato
calculado igual a zero. Tais valores podem ser confirmados com o uso da equação [9.36], que também é adequada para o sistema gelo-água-ar.
356 Química de Superfície na Flotação
Uma análise do arranjo de átomos próximos à superfície do sólido levou Israelachvili (1991) a concluir que, para sólidos e líquidos, o parâmetro d é aproximadamente constante e igual a 0,165 nm. Por conseguinte:
s γ d^ = γ = x
13
onde está em J e em mJ.m-^.
Dessa forma, os valores dos ângulos de contato dos sólidos podem ser calculados pela equação [9.41], isto é, com base na constante de Hamaker inserida na equação [9.43], em que o N e Πe assumem valor igual a zero.
Os ângulos de contato de um grupo de sólidos, calculados com auxílio da constante de Hamaker, estão de acordo com os obtidos experimentalmente pelo método da gota (Tabela 9.2) (Drzymala, 1994). Esse grupo é constituído por sólidos de baixa energia (teflon e parafina), materiais contendo planos apolares (grafita e molibdenita) e metais nobres (prata e mercúrio). Para outros materiais, tais como ouro, óxidos e sulfetos, os ângulos de contato calculados são maiores do que os determinados experimentalmente. Isto é devido à presença de sítios iônicos e polares na superfície do sólido, confirmando a afirmação de Laskowski (1986): "todos os sólidos deveriam ser hidrofóbicos se não apresentassem grupos polares ou iônicos".
Tabela 9.2- Comparação entre os valores de ângulo de contato medidos experimentalmente e os calculados por meio da constante de Hamaker equação [9.43] e da equação [9.41] (Drzimala, 1994).
s
d (mJ.m-2 ).^ * Teflon 3,8 18,5 116 112 Parafina 6,3- 7,4 33,1 105 110 Molibdenita 13,3 64,8 88 75 Prata 40,0 194,9 38 57- Ouro 45,5-50 211,7 24,5 0
*Os ângulos foram medidos com auxílio do método da gota séssil, em muitos casos, o ângulo medido experimentalmente é o de avanço.
Conforme pode ser observado na Figura 9.4, a pirita apresenta hidrofobicidade decrescente na faixa de pH entre 2 e 12 (Monte et al., 1997). O comportamento da mesma difere dos sólidos considerados naturalmente hidrofóbicos, como parafina, molibdenita e grafita (Arbiter et al., 1975), dada à influência pronunciada do aumento do valor de pH na diminuição do seu ângulo de contato. A diminuição da hidrofobicidade, com o aumento do
valor de pH, pode ser atribuída à adsorção específica dos íons OH-. Por outro lado, os maiores ângulos de contato encontrados na faixa de pH entre 2 e 6 podem ser devidos à
Tratamento de Minérios 4a^ Edição – CETEM 357
formação de uma camada de enxofre elementar na nova superfície devido a uma menor concentração do íon metálico na superfície do mineral por solubilização preferencial (Chander e Kumar, 1994). A predominância dessa espécie seria responsável pelas propriedades hidrofóbicas da pirita, na ausência de coletor.
-20 (^) J, determinado
por Lins (1995), pode-se prever o valor do ângulo de contato da pirita,
, utilizando-se as equações [9.43] e [9.41], e admitindo-se N = 0 e
, isto é, a pirita interagindo com a água apenas por forças dispersivas. A
molibdenita é conhecida por sua grande hidrofobicidade exibindo um valor da constante de
Hamaker, = 9x
0 2 4 6 8 10 12 14 pH
10
20
30
40
50
60
n^ g
u^ l o d
e Co
n^ t a
t o ( g
r a
u^ s
)^ Pirita
Figura 9.4 - Ângulo de contato da superfície da pirita em função do valor de pH, após 10 min de imersão em água, (Monte et al., 1998).
Uma comparação entre o valor de θ calculado para o sistema pirita/água/ar e a flotabilidade da pirita (entre 92 e 82%), na ausência de coletor e de oxigênio, obtidos por Fuerstenau e Sabacki (1981), sugere que a hidrofobicidade da superfície depende dos
valores originais de e , e o caráter hidrofílico da superfície de sua reatividade em
relação às moléculas de água e o oxigênio. Portanto, o valor da constante de Hamaker poderia ser um indicativo da hidrofobicidade se a reatividade com a água e o oxigênio não tornasse as superfícies progressivamente mais hidrofílicas.
d
