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1. Introdução
A flotação é um processo de concentração muito utilizado na industria mineral, possibilita o aproveitamento de minérios complexos e também os de baixo teor com baixo custo e rendimentos satisfatórios. A primeira patente foi registrada na década de 60, Boutin e Tremblay (1962) registraram uma patente da técnica de flotação em coluna. Apresenta-se neste trabalho a flotação direta, ou seja, descrevendo os aspectos básicos, reagentes, equipamentos, instrumentos de medição e controle, variáveis do processo e opções de fluxo do processo.
2. Aspectos básicos do processo de flotação
O processo de flotação tem o objetivo de sólido-sólido, baseando na diferença de hidrofobicidade dos minerais.
- Hidrofobicidade é associada a molhabilidade pela água, as partículas mais hidrofóbicas são menos ávidas por água, apresentam aversão à água, tem essencialmente superfície não-polar, tendo maior afinidade com o ar.
- Hidrofilicidade é o oposto da hidrofobicidade, as partículas são ávidas por água, apresentam superfície polar, tendo maior afinidade com a água que com o ar, minerais naturalmente hidrofólicos podem ter sua superfície tomada hidrofóbica através da adsorção de regentes conhecidos como “coletores.
- Polaridade é a característica dos compostos químicos de apresentarem ou não um dipolo permanente. Existe afinidade entre substâncias ambas polares, ou ambas apolares, não havendo geralmente, afinidade entre uma polar e outra polar.
- A flotação do minério tem como objetivo a remoção da sílica do minério de ferro, ou seja, realizar a concentração do minério de ferro. Existem vários tipos de flotação:
- Eletro-Flotação: Princípio para a geração de micro-bolhas é a eletrólise de soluções aquosas com a produção de gás nos dois eletrodos. Tem aplicação na indústria na remoção de sistemas coloidais leves, tais como emulsificação de óleo em água, íons, pigmentos, tintas, e fibras também em água. Tem com vantagem a clarificação da água e a desvantagem é a baixa quantidade de gás que flui por unidade de tempo, a emissão de gás hidrogênio, o custo do eletrodo e a manutenção e o volume de resíduo produzido;
- Flotação por ar disperso, As bolhas são formadas mecanicamente pela combinação de um agitador mecânico de alta velocidade e um sistema injetor de ar. Esta tecnologia faz uso da força centrífuga desenvolvida no processo. O gás, introduzido no topo, e o líquido se misturam completamente e, após passar por um dispersor fora do impulsor, forma múltiplas bolhas cujos tamanhos variam de 700-1500 μm de diâmetro. Este método, bastante conhecido no processo de flotação mineral e também utilizado na indústria petroquímica, para separação de óleo-água;
As aplicações descritas foram exclusivamente na indústria petroquímica para separação de emulsões e tratamento de óleo carregado com metal pesado em água residuária.
Figura 2: Unidade de flotação por aspersão contínua.
- Flotação centrifuga, o separador e o contator pode ser um hidrociclone, ou um simples cilindro. Então um campo centrífugo é desenvolvido. A aeração ocorre tanto pela injeção de ar pelo fluxo de constrição, quanto pelos misturadores estáticos ou nozzles. O tamanho médio da bolha formada varia de 100-1000 μm. O pulverizado de ar hidrociclone, pode ser classificado como a unidade de flotação centrífuga. Consiste em um sistema de aeração onde o ar é pulverizado através de uma parede de um tubo poroso encamisado e é cortado em numerosas pequenas bolhas pelo rodamoinho de alta velocidade na fase aquosa.
Figura3: Unidade de flotação centrífuga
- Flotação rápida, esta célula aparenta ter um grande potencial para separação sólido/líquido e líquido/líquido no processo mineral. Sua principal vantagem é grande quantidade de gás que flui por unidade de tempo, alta eficiência e custo do equipamento moderado. Além disso, sem partes móveis, a célula de flotação rápida tem baixo consumo de potência e baixo custo de manutenção. A célula consiste de uma zona de aeração/contato, uma zona de bolha-partícula ou de desengate e uma zona de limpeza ou formação de espuma. A bolha (tamanho médio) formada na célula tem de 100-600μm de diâmetro. Problemas de exatidão do processo foram resolvidos recentemente e tem sido aplicado no tratamentos de água residuária e recuperação de solvente.
Figura 5: Unidade de CAF.
3. Coluna de flotação
As colisões entre as partículas dispersas e as bolhas ocorrem próximo do topo da coluna enquanto que a alimentação de ar é feita no fundo da mesma originando-se assim um escoamento em contra-corrente ao movimento das partículas e das bolhas. Outra característica da coluna de flotação, que lhe confere maior rendimento, resulta da configuração vertical. A zona de lavagem da espuma localiza-se acima da zona de recuperação (Fig. 3). Assim, quando ocorre lavagem na interface polpa-espuma ocorre também a desagregação e drenagem de partículas hidrofóbicas e assim, a probabilidade de ocorrer uma recuperação de partículas aumenta, uma vez que antes do descarte as partículas terão de percorrer toda a zona de recuperação (Saraiva, 1999).
Figura 6: Dispositivo utilizado para flotação desenvolvido pelo grupo:A=Durante flotação e B = depois da flotação
Outra vantagem da flotação em coluna é que se pode flotar com elevada altura de espuma o que permite lava-lá. Assim, neste equipamento, as obtenções de concentrados de partículas, com elevado grau de pureza, não constituem problema, pois com a adição de água de lavagem, o material não aderido é arrastado facilitando o controle do processo de separação (Saraiva, 1999).
Assim, na flotação de partículas finas deve-se obter melhores resultados quando se utiliza a coluna, pois esta permite aumentar a recuperação por flotação verdadeira, resultado da maior probabilidade de colisão entre as partículas e as bolhas e também porque ela conduz a menores recuperações por arraste, permitindo trabalhar com elevadas alturas de espuma e utilizar água de lavagem, promovendo- se a drenagem do material arrastado.
O uso de coluna de flotação é de grande interesse em processo de separação de minerais, tanto do ponto de vista da pesquisa como da aplicação industrial (Finch & Dobby, 1990). Entre as maiores vantagens das colunas estão os baixos
Figura 8 - Esquema de tratamento de águas residuárias
Esquema de flotação em coluna, exemplo de flotação direta de apatita
Figura 9: Esquema prático
4. Reagentes
Reagentes de flotação são substâncias orgânicas ou inorgânicas, empregados com intuito de controlar as interfaces envolvidas no processo. As interfaces são: sólido x líquido, sólido x gás, sólido x sólido e líquido x gás. Adsorção que é o processo pelo qual moléculas ou íons de um fluído são atraídos ou retidos numa superfície sólida, Tensão superficial que é uma grandeza que ocorre na interface liquido gás e por último o potencial zeta, quase todos os materiais macroscópicos ou particulados em cato com um líquido adquirem uma carga elétrica em sua superfície. Essa carga pode aparecer de várias maneiras, a dissociação de grupos ionogênicos na superfície da partícula e a adsorção diferencial de íons da solução na superfície da partícula. A carga líquida na partícula afeta a distribuição de íons na sua vizinhança, aumentando a concentração de contraíons junto à superfície. Assim, forma-se uma dupla camada elétrica na interface da partícula com o líquido. Alguns reagentes utilizados no processo de flotação, Amina, Amido, Soda eCO 2.
5. Equipamentos para Flotação de Coluna
- Caixa CX-FT-108: Recebe o material da caixa CX-FT-107 e alimenta o espessador EP-FT-101;
- Distribuidor DT-FT-101: Recebe o undeflow do espessador regulador da alimentação da flotação EP-FT-101;
- Bombas de polpa BP-FT-106/106R: Retiram o material do distribuidor DT-FT-101 e bombeiam para o tanque TQ-FT-101 e a bomba BP-FT-106R trabalha com reserva;
- Tanque TQ-FT-101 e agitador AF-FT-101: Recebe o material bombeado pelas BP- FT-106 ou BP-FT-106R. O agitador AG-FT-101 mantém o material em suspensão;
- Bombas de polpa BP-FT-107 e BP-FT-107R: Retiram o material tanque TQ-FT-101 e bombeiam para o condicionador da flotação CN-FT-101;
- Amostrador AM-FT-101: Corta o fluxo do material que é bombeado pela bomba BP- FT-107/107R;
- Condicionador da Flotação CN-FT-101 e agitador AF-FT-102: O condicionado recebe o material bombeado pelas bombas BP-FT-107 ou BP-FT-107R e pela BP- FT-105, alimentando por transbordo a primeira coluna de flotação CF-FT-101. O agitador AG-FT-102 mantém em suspensão;
6. Instrumentos de medição e controle É necessário verificar a seletividade das colunas, vazão de ar, alimentação de acordo com o processo, controle do nível do tanque pulmão da flotação, nível de água de selagem, proteções elétricas e instrumentos dos equipamentos, válvulas de dreno, aferição dos densímetros e medidores de vazão, vazão dos reagentes, nível de interface das colunas, verificar temperatura e ph da água.
Figura 10 – Sistema de controle inteligente
7. Opção de fluxo de processo
9. Referências bibliográficas
BALTAR, C. A. M., VILLAS BOAS, R. C. Flotação de minério oxidado de zinco de baixo teor. Série Tecnologia Mineral, Seção Beneficiamento , DNPM, 1980. 13p. ADAMSON, A.W., 1990, Physical Chemistry of Surfaces, New York, John Wiley & Sons. Cap.V. ALVAREZ, R.H., MARTIN, A., FERNANDEZ, A., et al., 1996, "Electrokinetic Properties, Colloidal Stability and Aggregation Kinetics of Polymer Colloids", Advances in Colloid and Interface Science, v.67, p.1-
http://www.instrutec.com.br/v2/represen/bic/teoriazeta.html
2007-MESTO
