Flotação em minerais insolúveis

Integrantes: Isabella Frezza João Paulo Barcelos Juliano Gomes Nathanny Marques Rafael Gonçalves

• Introdução à flotação de minerais insolúveis• Minerais Insolúveis• Flotação em Carvão• Flotação em Talco• Flotação em Grafita• Flotação em Caulim

Introdução à flotação de minerais insolúveis

• Os minerais insolúveis são caracterizados por serem naturalmente hidrofóbicos

• A característica hidrofóbica desses minerais se dá pela quebra preferencial de ligações de van der Waals durante o processo de fragmentação

• Apesar desses minerais apresentarem características hidrofóbicas, é necessário a adição de reagentes chamados coletores, para reforçar a hidrofobicidade

• Os coletores atuam sobre a interface líquido-sólido mediante um mecanismo denominado adsorção, que pode ser de natureza química ou física

Minerais Insolúveis

Carvão

• Os maiores produtores de carvão mineral são a China, os Estados Unidos, a Austrália, a Rússia e a Indonésia

• No território brasileiro esse minério é encontrado em áreas restritas e limitadas, além disso, o carvão extraído não possui boa qualidade, pois apresenta baixo poder calórico e quantidade de cinza elevada

• Atualmente, cerca de 85% do consumo de carvão é para abastecer usinas termoelétricas, além de 6% na indústria de cimento, 4% na indústria de papel celulose e 5% nas indústrias de cerâmica, alimentos e secagem de grãos.

Talco

• É o constituinte principal de depósitos de uma rocha com importância econômica designada por "pedra sabão".

• Devido a facilidade com que pode ser trabalhado manualmente, é muito utilizado na confecção de objetos de arte, como por exemplo as famosas imagens em pedra sabão do artista mineiro Aleijadinho.Pode ser utilizado como isolamento térmico e eléctrico, material para fabrico de artigos em cerâmica, pó de talco, lubrificante, base para tintas, papel, borrachas, plásticos, etc.

Grafita

• A grafita em veios cristalinos é a forma mais rara; no entanto, quantidades expressivas são encontradas no Sirilanka. Trata-se de uma forma altamente cristalina e seu teor de carbono chega até 97%.

• As reservas mundiais de grafita somam cerca de 390 milhões de toneladas, das quais 56% estão localizadas na China e 27% no Brasil. A produção mundial de grafita é cerca de 800 mil t/ano. Destacam-se como maiores produtores China, Índia, Brasil, México e República Tcheca, que respondem por 85% da produção mundial.

Caulim

• Os principais depósitos brasileiros estão nos estados do Amapá, Pará, Amazonas, São Paulo, Minas Gerais e Rio Grande do Norte. Os estados do Pará, Amapá e Amazonas detêm cerca de 97% das reservas nacionais

• Cerca de 62% do caulim produzido no mundo provém dos Estados Unidos, Coréia do Sul, República Tcheca, Brasil e Reino Unido. A produção brasileira de caulim beneficiado, em 2005, foi cerca de 2,4 milhões de toneladas e a de caulim bruto de aproximadamente 6,0 milhões de toneladas

• Dentre as várias aplicações do caulim, a indústria de papel tem sido a mais significativa, também existem outros usos industriais do caulim, tais como: tintas, cerâmicas, louça de mesa, louça sanitária, refratário, catalizadores, plástico, resinas, borrachas

Flotação em Carvão

• O aproveitamento das frações finas resultantes do beneficiamento de carvão no Brasil sempre acompanhou as oscilações de mercado e as mudanças na estrutura produtiva da indústria carbonífera

• São três camadas de carvão existentes em Santa Catarina: Barro Branco, Bonito e Irapuá

• No Rio Grande do Sul, também há ocorrências de carvão, porém não se faz a flotação

• São usados reagentes constituídos de hidrocarbonetos líquidos e derivados do petróleo

• Os hidrocarbonetos mais usados são querosene ou diesel que são emulsionados e adicionados a polpa

• O chamado efeito de segregação acontece pela segregação dos óleos da fase aquosa, indo se depositar na superfície carbonosa, reforçando assim a coleta – adsorção por adesão

• Um fato importante é a característica de alguns espumantes (óleo de pinho principalmente) apresentarem ação coletora sobre o carvão.

• Os espumantes mais usados na flotação do carvão são o óleo de pinho e MIBC (mais seletivo)

• Os minerais de ganga associados com o carvão são normalmente: pirita cal e minerais silícicos. Para a pirita cal usa-se como depressor o cloreto de sódio ou potássio e cloreto férrico, enquanto que para os minerais silícicos usa-se o silicato de sódio

Peculiaridades da flotação de carvão

• Granulometria grossa• Bolhas de ar de pequeno diâmetro• Polpa com diluição extremamente alta• A velocidade de flotação varia com o “rank” do

carvão, cresce conforme melhora a aeração da polpa e é aproximadamente constante nas polpas diluídas. Ela cai quando a percentagem de sólidos excede 13%. Geralmente o tempo de residência do carvão varia de 5 a 8 minutos.

• O circuito de flotação em carvão costuma ser extremamente simples. Usualmente a flotação é feita apenas em um estágio, o rougher

Desafios encontrados na flotação do carvão

• Dificuldade do controle da concentração de sólidos na alimentação da flotação que apresenta uma necessidade de recirculação de águas no processo de beneficiamento de carvão

• Geração e controle de efluentes, pois são gerados efluentes contendo os reagentes utilizados no processo e que precisam ser tratados e recirculados

• Importante ressaltar que o objetivo de flotação em uma usina de beneficiamento de carvão mineral é apenas o de aumentar a recuperação de finos metalúrgicos, sendo que as frações finas não metalúrgicas são recuperadas por processos densitários que possuem menor custo e não necessitam do uso de reagentes químicos, portanto, com menores riscos ao meio ambiente.

Flotação em talco

• O mineral talco é um filossilicato de magnésio hidratado, apresentando fórmula química Mg3 (Si4O10) (OH)2 onde seus constituintes ( Mg, Si, O, OH ) assumem um arranjo espacial do tipo "t-o-t", isto é, uma estrutura do tipo "sanduíche" que exibe duas folhas tetraédricas - t - formadas por átomos de silício e oxigênio (folha siloxana) que envolvem uma folha octaédrica - o - formada por magnésio e hidroxila (folha de brucita). As unidades estruturais do tipo t-o-t são ligadas entre si por ligações de van der Waals. A quebra preferencial de ligações de van der Waals durante o processo de fragmentação confere a suas partículas uma superfície de caráter fortemente hidrofóbico.

•

• Sendo o talco um mineral naturalmente hidrofóbico, os coletores utilizados na flotação direta são todos hidrocarbonetos da família do óleo diesel. Neste caso exige-se o uso de agentes espumantes. Enquanto usualmente trabalha-se com dosagens de coletor desde 100 a 1000 g/t, as dosagens dos agentes espumantes vão de 10 até 150 g/t. Os principais agentes espumantes utilizados em circuitos industriais de flotação são os derivados do ácido cresílico (cresol, óleo de pinho etc.) e também os reagentes sintéticos, como os álcoois e os nonil-fenol (etoxilados ou não)

• O pH natural da polpa próximo da neutralidade tem sido adotado como padrão para a flotação. Entre os coletores, podem ser mencionados as aminas primárias, xantato de potássio e ácidos graxos. Querosene e óleo de pinho ou Flotanol têm sido a combinação mais indicada para a flotação de talcos foliados, enquanto que as aminas graxas, por serem coletores mais poderosos, têm sido indicadas para talcos fibrosos

• As principais impurezas do talco são serpentina, dolomita, magnesita, calcário, tremolita, clorita, óxidos de ferro etc. Para deprimir essas impurezas, têm sido usados amido, quebracho e silicato de sódio

• A polpa contendo talco é alimentada na coluna de flotação rougher. A espuma mineralizada da coluna rougher vai para a coluna cleaner. O concentrado vai constituir de talco muito puro. Utiliza se água de lavagem, por meio de chuveiros no topo. O rejeito vai para um espessador e o concentrado de talco vai para um filtro prensa. O talco filtrado vai para um secador onde é seco e descontaminado, devido à temperatura relativamente alta. A descontaminação é importante em aplicações cosméticas, indústria farmacêutica e de alimentos.

• Pesquisas têm apontado uma rota diferente da convencional: o uso de carboximetilcelulose pode levar a uma depressão do talco. Se a ganga for carbonatada, a flotação reversa pode ocorrer pela ação de coletores constituídos por ácidos graxos em pH alcalino. Se a ganga for silicatada, a literatura recomenda flotação catiônica em pH neutro ou moderadamente alcalino com aminas graxas

Flotação em grafita

Flotação em grafita

• O carbono elementar existe em três formas alotrópicas na natureza – carbono amorfo, grafita e diamante

• A grafita natural raramente é encontrada na forma pura; sempre há uma parcela de impurezas na sua composição

• A grafita natural, oriunda de metamorfismo do carbono orgânico ou de rocha carbonatada, chega ao mercado em três variedades: flocos cristalinos, microcristalina ou amorfa e em veios cristalinos ou lump

• A flotação é o processo de concentração de grafita mais usado em todo o mundo.

• O mineral responde muito bem a esse processo, segundo uma variedade de coletores (óleos não polares), como querosene e óleo combustível. Geralmente, são usados como espumantes, óleo de pinho ou álcool

• A adição de silicato de sódio auxilia na seletividade do processo, evitando a flotação da ganga silicatada

• Na região de pH abaixo de 4, a grafita pode ser deprimida com maior facilidade, a despeito da sua flotabilidade natural. Todavia, para valores de pH acima de 9, o índice de flotabilidade da grafita é muito elevado.

• Por meio de flotação, não se conseguem obter concentrados com tal pureza exigida pelo mercado

• Outras operações associadas à flotação proporcionam melhor desempenho ao processo

Operações associadas

• Processo de atrição, seguido de flotação seletiva em concentrados finos de grafita (produto final com teor de carbono acima de 94%, com base em minério com teor de 88%)

• Combinação de separações gravítica e magnética, seguidas de flotação para minérios com cerca de 10 a 15% de carbono (obter um concentrado com 94% de carbono e recuperação de 90%)

• A utilização de células convencionais de flotação utilizando cinco etapas de limpeza (obter pré-concentrados com teores de carbono de até 79% e recuperação de 80%)

• Processo químico de purificação, pois com flotação se obtém um concentrado com teores de aproximadamente 98%.

• Aplicações industriais exigem teores de carbono superiores a 98%

• Com a purificação obtém-se um produto final com teor de carbono em torno de 99,95%

Flotação em caulim

• Para atender a maioria das especificações requeridas pela indústria, o caulim precisa ser beneficiado, para atender a alvura necessária. Os depósitos de caulim da região norte do Brasil contêm impurezas coloridas, tais como óxidos de ferro, rutilo e anatásio (TiO2). Esses minerais, normalmente, são coloridos pela presença do ferro, variando de amarelo a marrom escuro.

• O processo de flotação é utilizado para a remoção de impurezas mineralógicas, como quartzo, rutilo e anatásio, contidas no caulim

• As principais dificuldades encontradas são atribuídas à granulometria abaixo de 2 μm, e ao baixo teor das impurezas minerais a serem flotadas

• A flotação é um processo de concentração e não de purificação como é o caso da remoção das impurezas do caulim. Isso imputa ao processo muitas dificuldades práticas, entre elas perdas elevadas da caulinita

• A flotação de silicatos é um tema extensivamente estudado por pesquisadores da área de Tecnologia Mineral

• Reagentes da família das aminas são os mais usados como coletores na flotação de silicatos

• Outro coletor utilizado para o caulim é o acido oléico, que apresenta bom rendimento de flotação com pH 10

• Para a flotação de caulim são utilizados equipamentos como a coluna e a célula pneumática