FLOTAÇÃO
Processamento Mineral II
Profa Elenice Schons
Engenharia de Minas - UNIPAC
CONCEITOS

Compreende uma separação feita numa
suspensão em água (polpa).

A diferenciação entre as espécies
minerais é dada pela capacidade de suas
partículas se prenderem a bolhas de gás
(geralmente ar).
CONCEITOS

A propriedade de determinadas espécies
minerais capturarem bolhas de ar no seio
da polpa é designada por hidrofobicidade
(substâncias apolares).

A maioria das espécies minerais imersas
em água tendem a molhar sua superfície,
ou seja, têm maior afinidade pela fase
líquida, comportamento chamado de
hidrofilicidade (substâncias polares).
CONCEITOS
H2O
Ar
MINERAL
Ar
MINERAL
MINERAL
Mineral
Hidrofílico
MINERAL
Mineral
Hidrofóbico
H2O
CONCEITOS
Grafita
Calcopirita
Hidrofóbico
Hidrofílico
Ângulo de contato
Muito hidrofílico
Muito hidrofóbico
FENÔMENOS INTERFACIAIS

A palavra “flotação” é um anglicismo
(palavra inglesa introduzida na nossa
língua) que já está consagrada pela falta
de um termo melhor em português.
FENÔMENOS INTERFACIAIS

Os fundamentos das técnicas que exploram
características de superfície estão em um campo da
ciência conhecido como “Fenômenos Interfaciais”.

Uma fase pode ser definida como uma porção
homogênea, fisicamente distinta e mecanicamente
separável de um sistema.

A transição de propriedades entre duas fases se faz
de maneira gradual ao longo de uma região
espacial, que apresenta uma de suas dimensões
extremamente reduzida chamada de interface.
FENÔMENOS INTERFACIAIS

A interface é a região do espaço entre
duas fases da matéria e com propriedades
diferentes das propriedades que a
compõem.

Considerando-se os três estados da
matéria, é possível identificar cinco
interfaces : sólido/sólido, sólido/líquido,
sólido/gás, líquido/gás e líquido/líquido.
FENÔMENOS INTERFACIAIS

Uma
interface
sólido/sólido
é
exemplificada por uma partícula mineral
recoberta por lamas de outra espécie,
através de um mecanismo essencialmente
de atração eletrostática, fenômeno
conhecido
como
“slimes
coating”,
importante na flotação devido à perda de
identidade superficial da partícula.
FENÔMENOS INTERFACIAIS

Uma partícula mineral imersa em meio
aquoso
caracteriza
uma
interface
sólido/líquido.

Uma bolha de gás aderida a uma partícula
mineral
exemplifica
uma
interface
sólido/gás, supondo-se que no momento
da adesão a película que circunda a bolha
sofra um processo de afinamento até a
ruptura.
FENÔMENOS INTERFACIAIS

Alguns reagentes de flotação são
imiscíveis em água, caracterizando uma
interface líquido/líquido.

A película líquida que envolve uma bolha
é um exemplo de interface líquido/gás.

A espessura
pequena.
da
interface
é
muito
TENSÃO SUPERFICIAL

A tensão superficial é um efeito que
ocorre na camada superficial de um
líquido que leva a sua superfície a se
comportar
como
uma
membrana
elástica.

É
devida
às
fortes
ligações
intermoleculares, as quais dependem das
diferenças elétricas entre as moléculas.
TENSÃO SUPERFICIAL

A tensão superficial é uma conseqüência das
interações intermoleculares.

As moléculas ou íons que se acham na superfície
de um sólido ou líquido estão sempre atraindo e
sendo atraídos pelos seus vizinhos, por forças de
dispersão e de van der Waals.

Havendo mais vizinhos de um lado do que de
outro da superfície, a atração resultante é em
direção ao interior da fase, do que resulta sempre
na minimização da área da superfície.
TENSÃO INTERFACIAL

A
tensão
superficial
se
refere
rigorosamente, a uma fase sólida ou
líquida na presença de uma fase gasosa
completamente inerte.

Na prática,
interfaces.

Refere-se sempre a tensões interfaciais,
mais do que à tensão superficial.
quase
sempre
temos
TENSOATIVOS

Os tensoativos são substâncias capazes de reduzir a
tensão superficial.

São substâncias anfifílicas, que têm parte da molécula
polar, parte apolar.

Essas substâncias adsorvem na interface água-ar,
onde se orientam de maneira que a sua parte polar
fique imersa na fase líquida, e a parte apolar fique
compartilhada entre a fase líquida e a fase gasosa.

Cobrem a superfície da água com um filme apolar,
com interações intermoleculares mais fracas, que
respondem pela redução na tensão superficial do
líquido.
TENSOATIVOS

A concentração micelar crítica (CMC) é aquela
na qual os surfatantes formam micelas, isto é,
as moléculas orientam-se, agregam-se e
formam estruturas em solução.
TENSOATIVOS
DUPLA CAMADA ELÉTRICA
(DCE)

A maior parte das substâncias adquire uma
carga elétrica superficial quando postas em
contato com um meio polar (por exemplo,
aquoso.

Essa carga superficial influencia a distribuição
no meio polar dos íons próximos a ela.

Inicialmente a atração faz com que alguns íons
positivos formem uma rígida camada adjacente
ao redor da superfície do colóide; esta camada
é conhecida como camada de Stern.
DUPLA CAMADA ELÉTRICA
(DCE)

Outros íons positivos adicionais são atraídos
pelo colóide negativo, mas estes são rejeitados
pela camada de Stern, assim como por outros
íons positivos que tentam aproximar-se ao
colóide. Este equilíbrio dinâmico resulta na
formação de uma camada difusa de contra-íons.

Os contra-íons têm uma alta concentração
próxima da superfície, a qual diminui
gradualmente com a distância, até que se
obtenha um equilíbrio com a concentração dos
contra-íons no seio da solução.
DUPLA CAMADA ELÉTRICA
(DCE)

Na camada difusa há uma deficiência de
íons negativos, chamados co-íons, pois
têm a mesma carga que o colóide. Sua
concentração aumenta gradualmente ao
afastar-se do colóide.

Os contra-íons da camada de Stern mais
os co-íons e contra-íons da camada difusa
são os que juntos formam a dupla camada
elétrica (DCE).
DUPLA CAMADA ELÉTRICA
(DCE)
ÂNGULO DE CONTATO

A hidrofobicidade de um sólido pode ser
avaliada diretamente pelo ângulo de
contato θ entre as fases sólida, líquida e
gasosa.

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.
ÂNGULO DE CONTATO
PROBABILIDADE DE OCORRER
A FLOTAÇÃO
P = PaPcPs
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 partículabolha estável.
PROBABILIDADE DE ADESÃO
(Pa)

Está diretamente relacionada ao ambiente
químico em um sistema de flotação.

Poderá ser influenciada pela mineralogia,
reagentes e condições da polpa.
PROBABILIDADE DE COLISÃO
(Pc)

É influenciada pelo tamanho da partícula,
da
bolha
e
pelas
condições
hidrodinâmicas, sendo independente da
hidrofobicidade da partícula.
PROBABILIDADE DE FORMAÇÃO
(Ps)

Apresenta 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 maior é o valor de Ps.
POTENCIAL ZETA (ζ)

Na DCE, o único potencial que pode ser
medido experimentalmente é o potencial
zeta (ζ), isto é, o potencial medido no
plano de cisalhamento entre a partícula e
a solução, quando os dois estão em
movimento relativo, na presença de um
campo elétrico.
CIRCUITOS DE
BENEFICIAMENTO
FLOTAÇÃO DE SULFETOS

Flotação coletiva (Bulk flotation):
quando se flota simultaneamente, numa
primeira operação, um grupo de minerais
que
apresentam
características
semelhantes de flotabilidade, visando um
maior rendimento com menor custo.
FLOTAÇÃO COLETIVA (BULK FLOTATION)
FLOTAÇÃO DE SULFETOS

Flotação
seletiva,
seqüencial
ou
diferencial (Diferencial flotation): quando
se flota as espécies minerais de forma
separada
para
obter
concentrados
independentes de cada mineral útil que
contenha a alimentação.
FLOTAÇÃO SELETIVA (DIFERENCIAL
FLOTATION)
ENSAIOS DE MICROFLOTAÇÃO
1.
Tubo de Hallimond

Utiliza pequenas quantidades de minerais puros (1
g).

Possui a principal vantagem o fácil manuseio.

A célula é facilmente desmontável, permitindo a
medida de pH antes e após os testes.

O sistema de agitação magnética é incompatível
com os minerais ferromagnéticos (magnetita).
TUBO DE HALLIMOND
TUBO DE HALLIMOND
ENSAIOS DE MICROFLOTAÇÃO
2.
Célula de Smith-Partridge modificada

Utiliza pequenas quantidade de amostras
(de 1 a 5 g).

Não
apresenta
incompatibilidade
ferromagnéticos.
os
problemas
de
com
os
minerais
CÉLULA DE SMITH-PARTRIDGE
DOSAGEM E CÁLCULO DO CONSUMO
DE REAGENTES

As dosagens de reagentes variam em
função dos teores do minério na
alimentação do circuito de flotação.
Dosagens de reagentes para flotação de minério de
ferro (em g/t)
Teor da
alimentação
(% Fe)
- 30
Depressor
(amido)
Coletor
(amina)
400
120
30 – 40
40 – 45
45 – 50
50 – 55
500
500
500
500
120
100
80
70
55 – 57,5
57,5 – 60
60 – 65
600
700
800
50
50
40
+ 65
1000
30
TESTES DE LABORATÓRIO (mL)
C( mL )
M .d .0,0001

c
Onde:
 C (mL) – consumo de solução de reagente em mL;
 M – massa de minério na alimentação da flotação,
em g;
 d – dosagem do reagente utilizado, em g/t;
 c – concentração da solução do reagente, em %.
USINA E PLANTA PILOTO (L/min)
C( L / min)
M .d

c.60.000
Onde:
 C(L/min) – consumo de solução de reagente em
L/min;
 M – massa de minério na alimentação da flotação,
em t/h;
 d – dosagem do reagente utilizado, em g/t;
 c – concentração da solução do reagente, em %.
EXERCÍCIOS
1)
Calcular a quantidade de reagente
necessária para realizar a flotação em
bancada de 1200 g de um minério de ferro,
cujo teor é 52% de ferro. A concentração da
solução de depressor (amido) é 3% e a de
coletor (amina) é 1%.
2)
Calcular a quantidade dos reagentes do
exercício 1, necessária para uma usina
concentrar 800 t/h daquele minério de ferro.
CÉLULA MECÂNICA

São tanques projetados para receber
continuamente a polpa a ser flotada por
uma de suas faces laterais e descarregar
a espuma pela sua parte superior e
descarregar o restante da polpa com o
deprimido pela face oposta.
CÉLULA MECÂNICA

Utilizam-se conjuntos de células, onde o
deprimido de uma alimenta a outra, em
fluxo contínuo.

Podem ser
lateralmente.

A espuma é removida por descarga ou por
bombeamento.
fechadas
ou
abertas
CÉLULA MECÂNICA

A máquina de flotação é instalada dentro
da célula e consiste de um rotor, cujo
objetivo é manter a polpa em suspensão.

O movimento rotacional do rotor gera uma
pressão negativa dentro da polpa,
favorecendo a entrada de ar, que é
quebrado pelo estator.
CÉLULA MECÂNICA

O ar pode ser injetado na célula.

As bolhas têm diâmetro de 1 mm.

Para que o ar seja efetivo para carrear
para cima o maior número possível de
partículas coletadas, deve dispor de um
grande número de bolhas de pequeno
diâmetro.
FLOTAÇÃO EM COLUNA

A concepção básica do processo de flotação em
coluna foi desenvolvida no início da década de
60 por Boutin e Tremblay, que registraram no
Canadá a primeira patente sobre esta
tecnologia.

A primeira implantação industrial usando essa
tecnologia ocorreu em 1981 em Les Mines
Gaspé, Canadá, onde uma coluna, operando
em estagio de flotação cleaner de concentração
de molibdenita, substituiu com sucesso um
banco de células mecânicas.
FLOTAÇÃO EM COLUNA

No Brasil, os primeiros trabalhos em
laboratório ocorreram em 1985 e a
primeira implantação industrial data de
1991, pela Samarco Mineração S.A.
FLOTAÇÃO EM COLUNA
Identifica-se
distintas:
 Zona
na
coluna,
duas
zonas
de coleta: também chamada de
zona de recuperação ou zona de
concentração, entre a interface polpaespuma e o sistema de aeração;
FLOTAÇÃO EM COLUNA

Zona de limpeza: também conhecida como
zona de espuma, entre a interface polpaespuma e o transbordo.
FLOTAÇÃO EM COLUNA

A alimentação da polpa, devidamente
condicionada, é feita a aproximadamente
2/3 da altura da coluna a partir de sua
base.

Na zona de coleta, as partículas
provenientes da alimentação da polpa são
contatadas em contracorrente com o fluxo
de bolhas de ar produzido pelo aerador
instalado na parte inferior da coluna.
FLOTAÇÃO EM COLUNA

As partículas hidrofóbicas colidem e aderem às
bolhas ascendentes, sendo então transportadas
até a zona de limpeza, constituída por uma
camada de espuma de aproximadamente 1 m
de espessura.

Por outro lado, as partículas hidrofílicas ou
pouco hidrofóbicas e, portanto, não aderidas às
bolhas, são removidas na base da coluna.
FLOTAÇÃO EM COLUNA

Na parte superior da coluna é adicionado água
de lavagem com auxílio de dispersores, visando
permitir uma adequada distribuição da água no
interior da camada de espuma.

A água de lavagem desempenha um papel de
fundamental importância nesse processo para a
eliminação de partículas arrastadas pelo fluxo
ascendente
(normalmente
de
materiais
contaminantes) e para a estabilização da
espuma.
FLOTAÇÃO EM COLUNA
FLOTAÇÃO EM COLUNA

Os distribuidores de água de lavagem podem ser
classificados em internos e externos: o distribuidor
externo é instalado acima da camada de espuma e
apresenta as vantagens de estar protegido por
partículas sólidas e de permitir a sua inspeção visual
durante a operação.

O distribuidor interno é instalado abaixo do transbordo
da espuma e apresenta a vantagem de ser mais
eficiente e produzir um material flotado com maior
concentração de sólidos. Apresenta como desvantagens
inspeção difícil, entupimento dos orifícios e parte da
área transversal da coluna é obstruída.

São instalados entre 10 e 20 cm abaixo do nível do
transbordo.
FLOTAÇÃO EM COLUNA

O sistema de aeração de uma coluna constitui
componente fundamental na sua operação.

Um gerador de bolhas eficiente é aquele capaz
de gerar bolhas de 0,5 a 2,0 mm de diâmetro
com velocidade superficial de ar de 1,0 a 3,0
cm/s.

Os tipos de aeradores podem ser classificados
em internos e externos.
FLOTAÇÃO EM COLUNA

Os aeradores internos podem ser rígidos
(cerâmica, aço sinterizado, poliproprileno
microporoso) e flexíveis (borracha perfurada e
tela de filtro).

Os aeradores internos têm como principal
desvantagem o entupimento.

Os aeradores externos são aqueles onde a
água e o ar sob pressão ou polpa e ar são
misturados e injetados na coluna.
FLOTAÇÃO EM COLUNA

Os aeradores externos têm como principal
vantagem a possibilidade de remoção, inspeção
e substituição dos injetores com a coluna em
operação.

Embora esses aeradores representem um
significativo avanço tecnológico, são de difícil
operação
e
apresentam
entupimentos
freqüentes devido à obstrução dos furos das
lanças pelas impurezas da água.
FLOTAÇÃO EM COLUNA

Os aeradores que utilizam a mistura arágua sob pressão vêm entrando em
desuso e sendo substituídos por
aeradores que utilizam somente ar.

Esse tipo de aerador consiste de um tipo
de lança com um único orifício na sua
extremidade para a saída de ar a uma
velocidade
próxima
à
do
som,
dispensando o uso de água.
FLOTAÇÃO EM COLUNA
A coluna de flotação difere da célula
mecânica em quatro aspectos básicos:

Geometria (relação altura/diâmetro);

Água de lavagem;

Ausência da agitação mecânica;

Sistema de geração de bolhas.
TERMINOLOGIA

Hold up (%): é a fração volumétrica
ocupada por uma das três fases em um
dado ponto da coluna.

Velocidade superficial (cm/s): é a
relação entre a vazão volumétrica de
determinada fase e a área da seção
transversal da coluna.
TERMINOLOGIA

Velocidade intersticial (cm/s): é a
relação entre a vazão volumétrica de
determinada fase por unidade de área
disponível para esta mesma fase.

Velocidade relativa: é a velocidade
resultante entre duas fases distintas. É
obtida pela soma ou diferença das
velocidades absolutas de cada fase.
TERMINOLOGIA

Bias: é a fração da água de lavagem
adicionada no topo da coluna que flui
através da zona de limpeza. É
quantificada pela diferença entre o fluxo
de água do afundado e o fluxo de água na
alimentação. Convencionalmente, o “bias”
pode ser positivo ou negativo. Considerase como “bias” positivo quando o fluxo de
água no afundado for maior que o fluxo de
água da alimentação.
TERMINOLOGIA

Capacidade
de
carregamento
(g/min.cm2): é a maior vazão mássica de
sólidos que pode ser carregada por área
de transbordo da coluna. Pode ser
determinada
experimentalmente
mantendo-se as condições operacionais
da coluna constantes e variando a sua
taxa de alimentação de sólidos até atingir
um valor máximo de material flotado
TERMINOLOGIA

Capacidade de transporte (g/min.cm2):
é a vazão mássica de sólidos
descarregada por área de transbordo da
coluna
em
uma
dada
condição
operacional. Nas colunas industriais de
grande porte a capacidade de transporte
deve ser no máximo igual a um terço da
capacidade de carregamento.
TERMINOLOGIA

Capacidade de transbordo (g/min.cm):
é a relação entre a vazão mássica de
polpa e o perímetro de transbordo da
coluna. Industrialmente utiliza-se calhas
internas para aumentar o perímetro de
transbordo da coluna.
TERMINOLOGIA

Capacidade de carga (g/min.m3): é a
maior vazão mássica de sólidos flotada
por unidade volumétrica de ar.
TERMINOLOGIA

Convenção de fluxos: são definidos
como positivos os fluxos descendentes de
sólido e líquido e o fluxo ascendente de ar.
VARIÁVEIS DA COLUNA

Vazão de ar: é uma das variáveis mais
importantes no controle do processo de
flotação em coluna e tem um efeito
significativo sobre a recuperação do material
flotado.

A recuperação do material flotado é
crescente com o aumento da vazão de ar até
atingir seu valor máximo, acima do qual
ocorre a geração de turbulência na coluna.
VARIÁVEIS DA COLUNA

Hold up do ar: é definido como uma
fração volumétrica de ar contida em uma
determinada zona da coluna.

Pode
ser
medido
manômetros de água.
utilizando-se
VARIÁVEIS DA COLUNA

Tamanho das bolhas: seu controle é
importante devido ao seu efeito na eficiência
de coleta e de transporte de partículas.

A utilização de bolhas menores, com elevada
área superficial, permite a obtenção de
índices mais elevados de recuperação.

Bolhas de tamanho muito reduzido possuem
baixa velocidade de ascensão, podendo ser
inferior à velocidade descendente da polpa,
acarretando perdas.
VARIÁVEIS DA COLUNA

Bias: representa a fração residual da
água de lavagem que flui através da
coluna e é o principal responsável pela
ação de limpeza.
VARIÁVEIS DA COLUNA

Convencionalmente, considera-se bias
positivo quando esse fluxo residual se
desloca para baixo, ou seja, a vazão de
água de lavagem será suficiente para
substituir a água de alimentação na
fração flotada e promover uma fração
de água nova para a base da coluna.
VARIÁVEIS DA COLUNA

Água de lavagem – possui três funções
básicas:

Substituir a água de alimentação na fração
flotada minimizando o arraste hidráulico de
partículas hidrofílicas;

Aumentar a altura e estabilidade da camada
de espuma;

Reduzir a coalescência das bolhas.
VARIÁVEIS DA COLUNA

Altura da camada de espuma: é
importante na seletividade do processo.
As colunas geralmente trabalham com
alturas de 0,5 a 1,5 m. Pode ser dividida
em três seções:

Leito de bolhas expandidas;

Leito de bolhas empacotadas;

Espuma de drenagem convencional.
LEITO DE BOLHAS
EXPANDIDAS

Ocorre acima da interface polpa-espuma e
é o resultado de choques das bolhas com
a interface, que gera uma onda de
choques e, por conseqüência, a
coalescência das bolhas formando um
leito de bolhas expandidas.
LEITO DE BOLHAS
EMPACOTADAS

Vai desde o topo da primeira seção até o
ponto de introdução de água de lavagem.
Embora o conteúdo fracional de líquido
ainda permaneça elevado, verifica-se uma
coalescência moderada das bolhas,
causada pelo movimento das bolhas
maiores que atravessam a camada de
espuma, ainda com formato esférico.
ESPUMA DE DRENAGEM
CONVENCIONAL

Ocorre acima do ponto de introdução de
água de lavagem e consiste de uma
espuma de drenagem convencional. O
conteúdo fracional de líquido é menor que
20% e as bolhas apresentam a forma
hexagonal.
CAMADA DE ESPUMA
CÉLULA MECÂNICA X COLUNA

Recuperação: a coluna tem como
característica a possibilidade de gerar
bolhas com tamanho controlado e
diâmetros inferiores aos da célula, o que
aumenta a probabilidade de colisão. Além
disso, a ausência de agitação na zona de
coleta permite uma menor taxa de
descoleta das partículas. Na coluna o
tempo de residência é maior, aumentando
a seletividade do processo e conseqüente
recuperação.
CÉLULA MECÂNICA X COLUNA

Teor: a coluna produz
elevados. Isso se deve a:
teores
mais

Ausência de turbulência;

Altura elevada da camada de espuma;

Utilização de água de lavagem.
CÉLULA MECÂNICA X COLUNA
Custo: a coluna possui menor investimento,
para as mesmas capacidades.
Isso se deve a:


Menor número de etapas de flotação;

Ausência de peças móveis e menor número de
equipamentos auxiliares;

Menor número de pontos de controle;

Custo de manutenção mais baixo.
CÉLULA MECÂNICA X COLUNA

As colunas ocupam menor
operacional e seu controle é
eficiente.
área
mais