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cap 1 flotacao CIRCUITOS

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Exemplos de sistemas de
Flotação
Aspectos práticos da flotação
A  CE
A a  CcE 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
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