Exemplos de sistemas de Flotação Aspectos práticos da flotação A CE A a CcE e R (2.1) Alimentação (2.2) Cc Aa c a e R a c e (2.3) Concentração Concentrado Rc Y Rejeito A C C a e A c e Re (2.4) (2.5) Elemento Aproveitável Elemento não Aproveitável (2.6) c a (2.7) 2 Relação Recuperação mássica x teor R1 Recuperação→ R2 t1 t2 teor→ 3 Configurações Típicas de Circuitos de Flotação Flotação em etapas – Flotação Direta Alimentação Nova Etapa ROUGHER Etapa SCAVENGER Etapa CLEANER Rejeito Final 4 Concentrado Final 5.2 – Configurações Típicas de Circuitos de Flotação Flotação em etapas – Flotação Reversa Alimentação Nova Etapa ROUGHER Etapa CLEANER Etapa SCAVENGER Rejeito Final Concentrado Final 5 Circuitos de flotação • • • • Minério de Ferro Fosfatos Carvão Sulfetos Minério de Ferro • Mineralogia dos Minérios de Ferro: 1. Minerais-minério: óxidos de Fe (hematita e magnetita) e hidróxido (goethita). 2. Minerais de ganga: principalmente silicatos, dos quais quartzo é o predominante; minerais de alumínio como a gibbsita; exemplos de outros silicatos são a caulinita, micas e talco; em alguns casos fosfatos como a apatita e a wavellita. Elemento (%) Granulado Sinter Feed Pellet Feed Fe 63,8 a 67,8 64,5 a 67,5 67,0 a 69,0 SiO2 0,6 a 4,5 0,5 a 5,5 0,8 a 2,5 Al2O3 1,0 a 1,8 1,0 a 1,5 0,3 a 1,0 P 0,040 a 0,070 0,040 a 0,070 0,020 a 0,070 Mn 0,05 a 0,20 0,05 a 0,20 0,05 a 0,50 Qualidade química dos produtos Minério de Ferro • Objetivo: A flotação tem por objetivo a separação seletiva entre quartzo e minerais portadores de ferro. • Problemática: Todos os minerais envolvidos, com a exceção do talco (que é raro), são muito HIDROFÍLICOS. Minério de Ferro • Possíveis rotas: 1. Flotação direta dos minerais de ferro com coletores aniônicos em pH neutro. Flotação reversa dos silicatos com coletores catiônicos (mais aplicada industrialmente). 2. Flotação Direta • Potenciais coletores: 1. Oleato de sódio (ácido oléico) 2. Outros ácidos graxos e seus sabões 3. Sulfatos e sulfonatos graxos 4. Hidroxamatos A adsorção destas espécies promovem alta hidrofobicidade no óxidos de ferro! Flotação Direta Flotação de hematita com oleato de sódio esquemático % flotabilidade 100 80 60 40 5x10-5M 20 5x10-6M 0 4 5 6 7 8 pH 9 10 11 12 Flotação Direta • Dificuldades: 1. Atingir alta seletividade: -Íons em solução causam a precipitação de espécies coletoras indiscriminadamente sobre todas as superfícies, mesmo na presença de depressores/dispersantes. -Ativação inadvertida da superfície dos silicatos pelas espécies iônicas em solução causando também perda de seletividade. 2. Custo operacional elevado por causa de alto consumo específico ou de alto custo com reagentes (hidroxamatos). Flotação Reversa - - Potenciais coletores: Coletores catiônicos da família das aminas (especialmente acetatos de eteramina e éter diamina). Superfície do Quartzo - - Interface Flotação Reversa • Combinação típica de reagentes: 1. Depressor: amido gelatinizado com soda; dosagem 400-800g/t. (normalmente amido de milho, mas também pode ser usado amido de mandioca). 2. Coletor: acetato de éter amina (C10, cadeia carbônica: isodecil); dosagem 30-80g/t. 3. Espumante: quando necessário usa-se poliglicol sintético; dosagem 510g/t. 4. Modulador de pH: NaOH; dosagem 300g/t; pH entre 9,5 e 11. (após a flotação usa-se, normalmente, CO2 para adequar o pH para a filtragem) . AMIDO - gelatinização Quartz Flotation with Dodecylamine Hydrochloride - schematic % flotability 100 1x10-4M 80 60 40 5x10-5M 20 5x10-6M 0 4 5 6 7 8 9 pH 10 11 12 13 14 Flotação Reversa • Interações entre os reagente e as partículas minerais: 1. Primeiramente o amido é adicionado no sistema e se adsorve seletivamente na superfície da hematita. 2. Posteriormente, adiciona-se a amina que se adsorve na superfície do quartzo. 3. Forças de van der Waals também desempenham um papel na formação de espécies diméricas (espécie catiônica + não-iônica), chamadas de HEMIMICELAS. Estes dímeros (agregados iono-moleculares) aparentemente aumentam o grau de hidrofobicidade da superfície do quartzo por sua coadsorção. --- -HEMATITA --- -- Superfície do Quartzo -- AMINA MOLECULAR AMINA IÔNICA Interface --- -HEMATITA --- --QUARTZO -- - --- -HEMATITA --- QUARTZO AGREGADO PARTÍCULA-BOLHA BEM SUCEDIDO AGREGADO PARTÍCULA-BOLHA BEM SUCEDIDO Flotação Reversa • Vantagens: 1. 2. 3. Menor sensibilidade a espécies iônicas dissolvidas. Menor consumo de coletor e seu potencial uso como espumante. Excelente combinação coletor/depressor, em termos de seletividade e de dosagem em níveis econômicos. Boa modulação da coleta através do pH. Flexibilidade para o emprego de espumantes sintéticos e/ou surfatantes não iônicos como reforçadores quando necessário. Alto grau de hidrofobização do quartzo por aminas. Potencial reutilização da amina por dessorção seletiva. 4. 5. 6. 7. Flotação Reversa • Desvantagens: 1. Na presença de hidróxido de alumínio, a seletividade é afetada pois os silicatos podem ser co-deprimidos pelo amido. Custo relativamente alto do coletor. Espumas mineralizadas de difícil manuseio, requerendo, por exemplo, dimensionamento de bombeamentos com altos fatores de espuma. 2. 3. Exemplo de um circuito de flotação de minério de ferro em coluna. lamas 600tph Amido + NaOH 6-10% SiO2 HC 01 - 16 HC 17 - 69 Ep 01 Água de Lavagem Água de Lavagem CF 01 & CF 03 CF 02 C L E A N E R ? Aeradores [Air only] R O U G H E R TQ 07 NaOH Amido Amina CN 01 PFF CONCENTRADO PARA FILTRAGEM Amina rejeito CX 11 ? Flotação direta ou reversa ? Segunda etapa de flotação (scavenger ou cleaner)? Fosfatos • Mineralogia dos Minérios Fosfáticos: 1. Minerais-minério: apatita. 2. Minerais de ganga: magnetita, micas, quartzo, calcita, dolomita, anatásio, barita. Fosfatos • Objetivo: A flotação tem por objetivo a separação seletiva entre a apatita e minerais de ganga. • Problemática: Seletividade (devido à grande similaridade de comportamento dos minerais de fosfatos e de ganga frente ao processo de flotação aniônica). Fosfatos • Variáveis na flotação: 1. 2. Características da amostra (estrutura e composição, ex.: cristalinidade e impurezas). Características do coletor (seletividade do grupo funcional, comprimento de cadeia e concentração). Fosfatos • Depressor: 1. Amido de milho (fubá) - Tornar hidrofílico minerais contidos na ganga. Um aumento excessivo de amido acarreta depressão dos minerais de interesse reduzindo a recuperação. Silicato de sódio – Deprime quartzo e dispersa lama. 2. 3. Fosfatos Coletor: 1. 2. Oleato ou sulfosuccinamato (Hidrocol). Um aumento excessivo acarreta a coleta de minerais de ganga reduzindo o teor de P2O5 no concentrado. Excessos podem também acarretar a perda de recuperação devido à mudança de orientação da carga do coletor 3. Superfície do sólido • + -+ ++++++ +- + - - + - + - Ânion Coletor - + + Contra íon hidratado + Íon deter. potencial - + Carvão • Valorização das frações finas mudanças nas políticas econômicas e utilização de recursos energéticos. Carvão • Aplicação: O objetivo da flotação em uma usina de beneficiamento de carvão mineral é apenas aumentar a recuperação de finos metalúrgicos, sendo que as frações grosseiras são recuperadas por processos densitários, que possuem menor custo e não necessitam do uso de reagentes químicos, portanto, com menores riscos ao meu meio ambiente. Carvão • Carvão betuminoso é naturalmente apolar. • Mineral-minério: carvão. • Minerais de ganga: pirita e minerais silícicos. Carvão • Reagentes utilizados na flotação: 1. Reforçadores de hidrofobicidade: hidrocarbonetos líquidos derivados do petróleo. Oléo diesel (950 g/t) Espumante: Óleo de pinho (ação coletora) (200g/t) Metil-isobutil-carbinol (espuma “rala”, mas menor teor de cinzas) Depressor: Pirita: cal, NaCl, KCl ou FeCl3 Minerais silícicos: silicato de sódio 2. 3. - Carvão • Importância do uso de reforçadores de hidrofobicidade: Squeezing out effect ou efeito de segregação é importante pois, se a superfície do carvão estiver oxidada ou contaminada com outras espécies, ele garante a hidrofobicidade das partículas. SELETIVIDADE!!!!! Teste Carvão Produto Reagentes utilizados pH 1 Flotado Espumante - 5gts Afundado Alim. Rec. 2 Flotado Espumante - 5gts 6,3 Afundado Óleo Diesel - 10 gts Alim. Rec. 6,75 Massa gramas % 34,87 258,22 293,09 55,57 226,68 282,25 Teor (%) Massa Útil (g) Recuperação (%) 11,90 58,50 88,10 9,65 100,00 15,46 20,40 24,92 45,32 45,01 54,99 100,00 19,69 64,59 80,31 6,78 100,00 18,16 35,89 15,37 51,26 70,02 29,98 100,00 Resultados de testes de flotação em bancada de um minério de carvão com e sem óleo diesel. Carvão • Peculiaridades na flotação de carvão: 1. 2. 3. 4. Usualmente é feita em um estágio. Opera com granulometrias mais grosseiras. Polpas diluídas – 3 a 8% em peso. Cinética é fator de grande importância. Planta de flotação de carvão com um estágio. Operando com o equipamento PNEUFLOT® Sulfetos • Os minerais sulfetados apresentam propensão a oxidação superficial, elevada condutividade elétrica e contêm enxofre, um elemento químico bastante eletronegativo. • O potencial eletroquímico (Eh) dos sistemas de flotação de sulfetos devem ser bem controlados para garantir uma boa operação. Sulfetos • Sistemas de flotação de sulfetos: 1. Cobre – calcosita(Cu2S), calcopirita(CuFeS2), bornita(Cu5FeS4), covelita(CuS) Chumbo – galena (PbS), cerusita(PbCO3), anglesita(PbSO4) Zinco – esfalerita (ZnS), willemita(Zn2SiO4) Níquel – pentlandita((Fe,Ni)9S8) Outros – sulfetos contendo ouro, cobalto, molibdênio, antimônio. 2. 3. 4. 5. Sistema Cobre • Assembléia mineral: calcosita(Cu2S),calcopirita(CuFeS2),bornita(Cu5FeS4), covelita(CuS). • Os sulfetos de cobre associados a pirita (FeS2) e pirrotita (Fe(1-x)S (com x variando 0 a 0,2)) são os de mais difícil seletividade, pois o uso exagerado de depressores para o ferro pode deprimir o cobre também. • Flotação em circuito alcalino, sendo a cal o modulador de pH, os coletores podem ser xantatos, ditiofosfatos, ditiocarbamatos sozinhos ou misturas. Desenvolvimento de Processos Hidrometalurgia Mina Minério oxidado Britagem Lixiviação em pilhas Aglomeração Solo Separação SólidoLíquido Minério primário Mina Concentrado Lixiviação de concentrado Extração por solventes Eletrólito Eletrólise Tratamento do rejeito Metal Concentração Britagem Forno de fusão H2SO4 ou S elem. Metais Nobres Moagem matte Flotação Conversor Secagem blister Pirometalurgia Fusão e trefilação Fabricação e uso Vergalhão Produtos Metálicos Eletrorrefino Refino do anodo anodo Fabricação Sistema Chumbo-Zinco • Minerais sulfetados – esfalerita (ZnS) e galena(PbS). • Minerais de ganga – pirita, pirrotita, calcita, dolomita, quartzo, silicatos, barita. • Principal fonte de zinco em todo o mundo é a esfalerita ou blenda. E a galena é a principal fonte de chumbo. Sistema Chumbo-Zinco • O processo: O procedimento padrão é flotar sequencialmente galena e a esfalerita, mas a flotação “bulk”, seguida de separação também é viável industrialmente. 1. A galena flotada em pH 8-10 com etil ou propil-xantato, a esfalerita é desativada com sulfato de zinco na moagem. Aumenta-se o pH visando deprimir sulfetos de ferro, a esfalerita é ativada com sulfato cúprico e flotada com a adição de mais xantato ao sistema. O rejeito da flotação de zinco (sulfetos de Fe e pirita) é condicionado carbonato de sódio e ajusta-se o pH para 9 flotando a pirita com isopropil xantato. Isso permite a recuperação do sulfeto de Fe para ser posteriormente aproveitado para produção de ácido sulfúrico e dos metais preciosos associados, especialmente à pirita. 2. 3. Sistema cobre-chumbo-zinco • Problemática: Apesar da facilidade teórica (quando se mistura os três sulfetos moídos) a complexidade dos minérios reais torna este sistema um dos mais complicados, especialmente quando a oxidação superficial leva à dissolução de íons cúprico que ativam a esfalerita, baixando a seletividade do processo. Sistema cobre-chumbo-zinco • O processo: 1. Assemelha ao sistema chumbo-zinco, com exceção de uma primeira etapa, na qual realiza-se a flotação do cobre e chumbo. 2. Na segunda etapa, tanto pode-se deprimir cobre quanto o chumbo. O cobre pode ser deprimido com cianeto e a galena com sulfito, SO2 ou dicromato. Sistema cobre-níquel • A pentlandita é o principal sulfeto de níquel, ocorre frequentemente associado a calcopirita e pirrotita (Fe(1-x)S) niquífera. • A separação pentlandita ((Fe,Ni)9S8) /calcopirita(CuFeS2) pode ser feita por flotação ou via pirometalúrgica. • Na separação, por flotação, a penthandita e pirrotita são deprimidas por cal, cianeto ou dextrina e a calcopirita flotada com xantato. A separação da pirrotita geralmente ocorre por combinação de flotação e separação magnética. OBS: a pirrotita pode conter até 5% de níquel ou cobalto. Sistema cobre-molibdênio • A associação de molibdenita com sulfetos de cobre, especialmente calcopirita é bastante comum. Um exemplo de ocorrência de minérios de cobre com presença de molibdênio é em Andina e Chuquicamata, no Chile. Normalmente, aos minérios de cobre e molibdênio, estão associados os minerais bornita (Cu5FeC4), quartzo (SiO2), calcita (CaCO3) e calcocita (Cu2S). • Molibdenita (MoS2): minério de molibdênio, normalmente encontrado associado a silicatos de cálcio, scheelita e calcopirita. é • Calcopirita (CuFeS2): minério de cobre mais abundante na natureza, sendo uma das fontes mais importantes desse metal. • A molibdenita é um dos poucos minerais que apresentam uma hidrofobicidade natural. O processo mais comum para separação de sulfetos de cobre e molibdênio é a depressão do sulfeto de cobre e flotação do sulfeto de molibdênio. Sistema cobre-molibdênio • Reagentes: 1. Coletor: Os xantatos podem ser utilizados como coletores para molibdenita, no entanto não são específicos para este mineral. Utiliza-se também óleos minerais e vegetais não polares (hidrocarbonetos) como reforçadores de hidrofobicidade (são utilizados na forma de emulsão para aumentar a difusão em solução aquosa). 2. Depressores: O cianeto de sódio tem o uso bastante difundido como depressor para sulfetos de cobre, especialmente calcopirita. No entanto, o hidrossulfito de sódio (NaHS) tem sido bastante utilizado devido a aspectos ambientais. Na sua utilização é indesejável polpas aeradas, pois o oxigênio oxida o enxofre a tiossulfato, sulfato, etc, resultando em um maior consumo do reagente. Uma opção para que não ocorra tal oxidação é o uso de nitrogênio como gás. O uso do depressor causa uma variação no potencial eletroquímico da calcopirita fazendo com que ela não possa ser coletada pelo xantato. Sistema cobre-molibdênio • Reagentes: 3. Modificadores: Para regular o pH usa-se leite de cal (pois o íons cálcio não exerce papel de ativador ou desativador neste sistema). 3. Espumante: iso-butil carbinol e/ou propileno glicol. Sistema cobre-molibdênio • Possível circuito para flotação de molibdenita: Concentrado de sulfetos Polpa + Leite de cal + NaHS + xantato + óleo diesel + MIBC NaHS SG Concentrado de calcopirita RG coletores CL RC Concentrado de molibdenita Sistema ouro (associado a minério sulfetado: calcopirita/pirita) • Unidade de Maracá (Goiás): - O ouro está associado a calcopirita e/ou pirita. - Deseja-se concentrado de cobre com teor superior a 25% (de acordo com especificação). - Geralmente o ouro está associado à calcopirita, assim ouro flota junto com cobre concentrando-se no concentrado de cobre (paga-se melt => separar ouro e cobre) - Dificuldade: algumas vezes o ouro associa-se predominantemente à pirita. Assim perde-se um pouco no teor de cobre do concentrado para favorecer o teor de ouro: “jogo de interesses”. - Pirita é usada para produção de ácido sulfúrico. - OBS: em outras unidades o ouro pode esta associado a arsenopirita. Sistema ouro (associado a minério sulfetado: calcopirita/pirita) • Unidade de Maracá (Goiás): Adiciona-se xantato na moagem: coletor para todos os sulfetos. Células Rougher Adiciona coletor secundário: tionocarbamato (0,4% Cu => 5% Cu) ↑ pH: 10,5 a 11 (para deprimir pirita) Adiciona coletor secundário: tionocarbamato Coluna cleaner 15%Cu => 25% Cu Células cleaner 5%Cu => 15% Cu
