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A flotação é um processo de separação de materiais presentes dentro de determinada mistura heterogênea com diversos minerais, podendo ser chamada de "polpa mineralizada". Trata-se de uma separação sólido-líquido que utliza das prorpeidades da superfície das partículas e capacidade de adesão para a realização sa separação do mineral de interesse.

Na flotação, a polpa mineral é agitada em um tanque enquanto se injeta ar, formando bolhas que se espalham pelo meio líquido, enquanto que os reagentes químicos presentes no sistema fazem com que as partículas do mineral de interesse se tornem hidrofóbicas e se fixem na superfície das bolhas de ar. À medida que essas bolhas sobem, elas carregam as partículas aderidas até a superfície, onde se forma uma espuma. Essa espuma, rica no mineral concentrado, é então removida mecanicamente, enquanto os minerais indesejados permanecem no fundo do tanque e são descartados.

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Experimento de Flotação - Trabalho de química

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Neste tópico serão abordados fatores em específico como o que é relevante de se ter conhecimento na realização de um processo de flotação. Trabalharemos na seguinte logística:

O que são partículas precipitadas?

O que são partículas sobrenadantes?

O que são partículas flotantes?

O que é hidrofobicidade?

O que é colisão?

O que é adesão?

O que é destacamento?

Quais as forças atuantes na flotação?

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O que são partículas precipitadas, partículas sobrenadantes e partículas flotantes?

Dentro do processo de flotação, é importante ter conhecimento sobre os tipos de partículas que poderão ser visualizadas conforme a realização do processo. Nesse viés, existem 3 tipos de partículas, conforme a densidade das mesmas, que poderão ser vistas no processo.

As partículas precipitadas são aquelas que ficam depositadas no fundo do local onde estã ocorrendo o processo de flotação, geralmente em um tanque de células (Tank cells), elas são consideradas as partículas mais densas do processo, ou seja, são aquelas que possuem, geralmente, o maior valor mineral (no caso de beneficiamento de minérios como ouro, ferro, manganês, prata, cobre, entre outros).

Ademais, as partículas sobrenadantes são aquelas de densidade intermediária, ou seja, não ficam nem flotantes e nem precipitadas. Tais partículas são encontradas no meio dos tanques de células, quando realizado o processo, pode-se observar algumas partículas que ficam em um movimento contínuo na parte média do local onde se realiza a flotação.

Por fim, as partículas flotantes são aquelas de menor densidade e que possuem densidade menor que a do líquido na polpa mineralizada. São caracterizadas por estarem na superfície do tanque de células ou então em outro local em que a flotação esteja sendo realizada.

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A hidrofobicidade, junto com a hidrofilicidade são capacidades de uma partícula de ter adesão ou então aversão à água. No caso de partículas hidrofóbicas, o seu contato a água será menor, enquanto as partículas hidrofílicas, terão um contato maior. Um exemplo clássico de hidrofobiciade, são as não interações entre o óleo e a água, substâncias polar e apolar, respetivamente e que formam bicamadas ao invés de se tornarem uma mistura heterogênea.

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Dentro do processo de flotação, a colisão, adesão e o deslocamento são subprocessos que descrevem os movimentos das partículas e esses mesmos movimentos com a interação delas com bolhas de ar.

Primeiramente, compreende-se que a colisão é interação inicial entre as partículas e as bolhas de ar através da hidrodinâmica sendo iinfluenciado pela turbulência e pelos movimentos da célula de flotação.

Ademais, a adesão é uma etapa subsequente a colisão, em que as partículas que colidiram com as bolhas fixam-se a elas formando uma espécie de agregado. Nesse processo, as partículas com menor afinidade com a água, ou seja, partículs hidrofílicas, tendem a se aderir de forma mais fácil.

Por último, mas não menos importante, o destacamento é o processo em que ocorre a separação do agregado na relação partícula-bolha. Esse último subprocesso influencia diretamente na eficiência do processo, uma vez que, dependendo dessa segregação, podem ocorrer perdas de materiais importantes na polpa mineralizada.

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Dentro do processo de flotação, existem diversas forças que podem vir a atuar direta ou indiretamente no processo para que tenhamos a concentração de partículas valiosas. Algumas fdas forças que atuam nesse processo são:

Força gravitacional (Peso): A força que age sobre todas as partículas, puxando-as para baixo em direção ao centro da Terra.

Força de Empuxo (Flutuabilidade): É a força exercida pela água sobre as partículas, empurrando-as para cima.

Força de Adesão: Comentada anteriormente, trata-se da força que mantém a bolha de ar aderidas à partícula.

Força de Tensão Superficial: Age na interface entre a água e o ar, influenciando a formação e estabilidade das bolhas.

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Nesse tópico estarão os diferentes tipos de flotação que podem ser feitos. Dessa forma, haverão algumas divisões para cada tipo de flotação, sendo elas:

Flotação Direta;

Flotação Reversa;

Flotação Coletiva;

Flotação Seletiva;

Flotação Instantânea;

Flotação por Ar Induzido;

Flotação por Ar Dissolvido;

Flotação à Vácuo e;

Flotação por Espuma.

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Dentro da rota de processos da flotação, existem diversas etapas para que tenha-se a realização de todo o procedimento de forma correta. Para tanto, deve-se pensar em algumas etapas para conseguir finalizar o processo, como:

1. Preparação da polpa mineralizada;

2. Adicão do reagente;

3. Realização do processo de flotação;

4. Separação do Concentrado.

1. Preparação da polpa mineralizada

Nessa etapa, o material que irá entrar no processo de flotação deverá ser reduzido até o tamanho ideal de partículas (geralmente na faixa dos micrômetros), em seguida, ele é misturado com um líquido, geralmente água e então é agitado em suspensão uniforme para garantir a representatividade das partículas durante o processo.

2. Adição do reagente

Após a preparação da polpa, coloca-se o reagente junto da polpa mineralizada. Esses reagentes podem ser coletores, espumantes e/ou modifcadores, alterando as propriedades superficiais das partículas para ocorrer o processo subsequente a esta etapa.

3. Flotação

Finalizadas a preparação da amostra e a adição do reagente à polpa mneralizada, o material entraráa na fase de flotação. Nesse momento, a polpa é introduzida em células de flotação, onde bolhas de ar são injetadas. As partículas hidrofóbicas aderem às bolhas e sobem para a superfície, formando uma espuma que é removida. As partículas hidrofílicas (que não aderem às bolhas) permanecem na polpa e são coletadas como rejeitos.

4. Separação do Concentrado

Por fim, após a realização de todas as etapas anteriores, é feita a separação concentrado para posteriomente ser feita a sua coleta. Após esse processo, é comum que o concentrado (geralmente espumoso) passe por algumas outras etapas como o desaguamento e a secagem pra então, haver a obtenção do produto final.

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A flotação direta é uma técnica utilizada para separar minerais de interesse dos minerais de ganga por meio da utilização de reagentes coletores que hidrofobizam as partículas do mineral útil. Nesse método, o mineral de interesse é levado à superfície com as bolhas de ar, formando uma espuma que é posteriormente removida. Os minerais indesejados, por outro lado, permanecem hidrofílicos e se depositam no fundo do tanque de flotação. Um dos tipos de minerais em que se faz flotação diireta, é a grafita, como pode-se ver no vídeo representativo a cima.

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Na flotação reversa, o princípio do processo é oposto ao da flotação direta. Nessr viés, os minerais de ganga, ou seja, aqueles que não possuem interesse econômico, são colocados na condição de partículas hidrofóbicas com a adição de reagentes específicos, flutuando com as bolhas de ar e sendo removidos na espuma. O mineral de interesse, por sua vez, permanece na fase líquida (como partículas hdrofílicas) e é posteriormente recuperado. Para finalizar, a flotação reversa é preferível em situações onde o mineral útil é mais difícil de hidrofobizar ou quando existe uma grande quantidade de ganga finamente disseminada no minério e a recuperação exige maior precisão.

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Exemplificação da flotação coletiva (Imagem gerada por IA)

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A flotação coletiva consiste em uma etapa inicial em que dois ou mais minerais valiosos são flutuados simultaneamente, sem distinção entre eles. Após a recuperação coletiva, realiza-se uma etapa subsequente de flotação seletiva, onde ocorre a separação individual dos minerais flutuados. A vantagem deste método é a simplificação do circuito de flotação, principalmente quando os minerais possuem características superficiais semelhantes e respondem de maneira próxima aos mesmos reagentes. Um exemplo clássico desse método é a flotação coletiva de cobre e molibdênio, que posteriormente são separados por etapas específicas.

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A flotação seletiva tem como objetivo separar minerais diferentes presentes em um mesmo minério, aproveitando as diferenças em suas propriedades superficiais. O método requer o uso de reagentes modificadores como depressantes, que inibem a flotação de determinados minerais, e ativadores, que tornam outros minerais mais suscetíveis ao coletor.

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Exemplificação de flotação instantânea (Imagem gerada por IA)

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A flotação instantânea caracteriza-se por ser um processo extremamente rápido, em que partículas hidrofóbicas são separadas assim que entram em contato com as bolhas de ar. É comumente utilizada para minérios que apresentam grande facilidade de hidrofobização ou em materiais de granulometria muito fina (considerando um beneficiamento mineral prévio de granulometria em micrômetros muito baixa).

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Flotação por ar induzido em escala industrial

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Na flotação por ar induzido, o ar é introduzido no sistema de flotação através de dispositivos mecânicos (como rotores e agitadores) que induzem a formação de bolhas de ar dentro do tanque. A flotação por ar induzido é uma das mais utilizadas na indústria mineral, especialmente em células mecânicas convencionais, devido à simplicidade de operação e à eficiência na separação de partículas de diferentes densidades. Esse tipo de flotação é adequado para partículas de granulometria média a grossa e permite um controle eficaz sobre o tamanho das bolhas geradas.

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A flotação por ar dissolvido envolve a saturação de água com ar sob pressão. Quando a pressão é reduzida à pressão atmosférica, pequenas bolhas de ar são liberadas e se aderem às partículas suspensas, promovendo a separação. Na mineração o uso da flotação por ar dissolvido é menos frequente, ainda que possa ser utilizada para remoção de óleos e gorduras presentes em efluentes mineralizados.

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A flotação à vácuo ocorre em um ambiente de pressão reduzida, o que facilita a geração de bolhas de ar e aumenta a eficiência na coleta de partículas finas e de baixa densidade. A redução da pressão permite uma maior aderência das partículas hidrofóbicas às bolhas de ar, sendo uma técnica vantajosa em processos de clarificação de líquidos e em operações com materiais muito leves ou sensíveis à oxidação.

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A flotação por espuma é o método clássico e mais difundido na indústria mineral. Nele, as partículas hidrofóbicas aderem às bolhas de ar, sendo arrastadas para a superfície do tanque, no qual se acumulam formando uma espuma. Essa espuma é continuamente removida, concentrando o mineral de interesse. O método é versátil e pode ser utilizado para uma ampla gama de minerais metálicos e não metálicos, desde sulfetos até minérios industriais como fosfatos e feldspatos.

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Por fim, neste tópico serão evidenciados os tipos de minérios em que pode ocorrer a mineração mineral comparando com os tipos de processos citados previamente.

Flotação Direta:

Grafita

Carvão mineral

Talco

Apatita

Flotação Reversa:

Hematita

Magnetita (minério de ferro)

Flotação Coletiva:

Sulfetos de cobre (Cu)

Molibdênio (Mo)

Chumbo (Pb)

Zinco (Zn).

Flotação Seletiva:

Galena (PbS)

Esfalerita (ZnS)

Flotação Instantânea:

Carvão mineral

Rutilo

llmenita

Flotação por Ar Induzido:

Ouro (Au)

Cobre (Cu)

Chumbo (Pb)

Zinco (Zn).

Flotação por Ar Dissolvido:

Óleos e graxas de efluentes.

Flotação à Vácuo:

Zircão

Flotação por Espuma:

Ouro (Au),

Níquel

Feldspatos e fosfatos.