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Tratamento de Minérios 6a edição (CAP.10)

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A flotação é um processo de separação de partículas minerais em uma suspensão aquosa (polpa), baseado em características superficiais das partículas.

Nesse processo, as partículas percorrem um trajeto no meio líquido. Em determinado momento, as que se deseja recuperar aderem a bolhas de gás (normalmente ar) e começam a subir. Isso ocorre porque a junção partícula + bolhas passa a ter densidade menor que a da água, fazendo com que o conjunto flutue até a superfície, onde é separado na forma de espuma rica em mineral útil.

As partículas que não aderem às bolhas seguem normalmente seu caminho no líquido, sendo descartadas como rejeito.

Embora na maioria das vezes o mineral de interesse seja aquele que flutua (processo chamado de flotação direta), existe também a flotação reversa, onde a lógica se inverte. Na flotação reversa, o que se deseja não flutua. O mineral valioso permanece em meio aquoso (polpa), enquanto as impurezas são removidas na espuma.

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Dentro do processo de flotação é essencial compreender os comportamentos das partículas minerais em meio aquoso, existem alguns fundamentos importantes dentro desse processo, são eles:

Hidrofobicidade:

É a propriedade de repelir água. Uma partícula hidrofóbica tem maior afinidade por substâncias apolares, como o ar, do que pela água. Isso a torna capaz de aderir às bolhas de ar e subir até a superfície da célula de flotação. Poucos minerais são naturalmente hidrofóbicos (ex: grafita, talco, molibdenita, ouro nativo), mas outros podem adquirir essa característica com o uso de reagentes.

Hidrofilicidade

É o oposto da hidrofobicidade: partículas hidrofílicas são atraídas pela água e tendem a permanecer imersas na polpa, sem aderir ao ar. A maioria dos minerais na natureza se comporta assim, e por isso precisam ser modificados para se tornarem flotáveis.

Reagentes

A seletividade do processo depende da polaridade das superfícies dos minerais e da interação com reagentes químicos. Sendo os principais:

Coletor: Sua função é tornar a superfície de certos minerais hidrofóbica, por meio da adsorção (fixação) na superfície das partículas. Com isso, essas partículas passam a aderir às bolhas de ar e flutuar.

Espumante: O espumante atua reduzindo a tensão superficial da água, formando uma espuma consistente que sustenta as partículas flotadas.

Depressor: Às vezes, o coletor pode agir sobre minerais que não queremos recuperar. O depressor entra em ação para impedir a coleta de minerais indesejados, mantendo-os hidrofílicos (não flutuantes).

Regulador de pH: A eficácia dos reagentes varia conforme o pH da polpa. O regulador de pH é usado para ajustar o ambiente químico ideal para cada tipo de flotação, garantindo que os reagentes atuem com seletividade e estabilidade.

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É o processo mais comum e o mais importante. Neste processo, os minerais hidrofobizados dispersos, no meio aquoso, são coletados por bolhas de ar e arrastados à superfície, sendo removidos na camada de espumas por transbordo ou mecanicamente. Os minerais hidrofílicos permanecem na fase aquosa acompanhando o fluxo de água.

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No tanque de flotação, uma mistura de água e partículas minerais (polpa) é agitada com a injeção de ar, formando bolhas. Com a adição de reagentes, certos minerais aderem às bolhas e sobem à superfície, formando uma espuma (froth). Essa espuma, rica em minério, é coletada por uma canaleta de concentrado, enquanto as partículas que não aderem afundam e são descartadas como rejeitos.

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Processo mais simples, baseado na deposição lenta das partículas sobre uma superfície aquosa parada. As partículas hidrofóbicas ficam na superfície, enquanto as hidrofílicas se molham e afundam. É menos usado industrialmente, mais aplicável em estudos laboratoriais ou materiais com partículas muito grandes e visivelmente distintas.

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A separação ocorre na interface água/óleo. As partículas minerais são agitadas em uma suspensão de água e óleo. Ao cessar a agitação, as partículas hidrofóbicas se concentram na interface, enquanto as hidrofílicas se separam e afundam. Esse processo é mais seletivo para minerais naturalmente hidrofóbicos, mas tem uso limitado industrialmente devido ao custo e à complexidade no tratamento posterior do óleo.

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É voltada à recuperação de partículas ultrafinas, que normalmente não flutuam com eficiência sozinhas. Para isso, utiliza-se um “carreador”: partículas maiores e hidrofóbicas às quais as partículas finas se aderem. O conjunto então é levado pela bolha até a superfície. Esse método é útil em minérios com partículas finas e baixa liberação, como em certos minérios de cobre ou chumbo.

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Processo em que as bolhas de gás (geralmente oxigênio e hidrogênio) são geradas por decomposição eletroquímica da água, substituindo o suprimento de ar. Pode melhorar a eficiência de separação em sistemas difíceis e é aplicado em casos especiais, como tratamento de efluentes ou minerais com comportamento eletroquímico relevante.

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Utilizada para recuperar partículas muito finas, agregando-as seletivamente em flocos por meio de reagentes floculantes. Após isso, os flocos são flotados normalmente. Este processo melhora a cinética de flotação de materiais finos e é útil em minerais como argilas e fosfatos.

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Flotação Direta: o mineral útil é flotado diretamente. É o caso, por exemplo, do cobre, onde os sulfetos são hidrofobizados e removidos na espuma.

Flotação Reversa: o mineral de ganga (indesejado) é flotado, enquanto o minério útil permanece na polpa. Muito comum em minérios de ferro no Brasil, onde se flota o quartzo e deprime-se a hematita.

Flotação Coletiva (Bulk Flotation): um grupo de minerais com propriedades similares é flotado em conjunto. Posteriormente, faz-se a separação entre eles. É aplicada, por exemplo, em minérios de cobre e molibdênio.

Flotação Seletiva: apenas uma única espécie mineral é flotada. Requer controle rigoroso de reagentes e pH, e é usada quando os minerais têm propriedades de superfície bem distintas.

Flotação Instantânea (Flash Flotation): ocorre logo após a moagem, ainda com partículas parcialmente liberadas. Serve para aproveitar rapidamente partículas grosseiras que estão liberadas, evitando que retornem ao moinho e sejam excessivamente moídas.

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A alimentação contendo a polpa mineral (mistura de água, ganga e mineral útil) entra inicialmente na etapa Rougher, onde ocorre a primeira separação por flotação. Nessa fase, forma-se um concentrado rougher, que contém parte do mineral valioso, e um rejeito rougher, que ainda pode conter partículas úteis não recuperadas.

O concentrado rougher é enviado para a etapa seguinte, chamada Cleaner, onde ocorre a purificação do produto. Nessa etapa, o material mais puro é separado como concentrado final, enquanto o rejeito cleaner (partículas que não atingiram qualidade suficiente) retorna ao circuito, sendo reprocessado na etapa rougher.

Por sua vez, o rejeito rougher, que ainda contém parte do mineral útil, é direcionado para a etapa Scavenger. Essa etapa tem como objetivo recuperar as últimas frações aproveitáveis do minério. O concentrado scavenger gerado retorna ao circuito, geralmente à entrada do rougher, enquanto o rejeito final do scavenger é descartado, pois já não contém material com valor econômico significativo.

Como a flotação envolve uma série de eventos físicos e químicos, como colisão, adesão, estabilidade da partícula na bolha e transporte até a superfície, é necessário utilizar um banco de células de flotação, de modo a aumentar a probabilidade de todos esses eventos independentes ocorrerem com sucesso. Isso assegura uma recuperação eficiente e o aproveitamento máximo do minério.

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Como em toda operação de concentração, no processo de flotação também é difícil obter o teor e a recuperação desejados em uma única etapa.

Etapas comuns:

Rougher: etapa inicial, recupera grande parte do mineral útil, com teor baixo.

Cleaner: limpa o concentrado rougher, melhorando o teor.

Scavenger: trata o rejeito do rougher para recuperar remanescente.

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A flotação é amplamente aplicada na indústria mineral para o beneficiamento de uma grande variedade de minérios. Sua eficiência, versatilidade e seletividade fazem dela um dos processos mais importantes na concentração de minerais. Dependendo do tipo de minério, da mineralogia envolvida e das características físico-químicas das partículas, diferentes estratégias, reagentes e equipamentos são empregados.

Destacam-se como as principais aplicações industriais da flotação:

Minério de Ferro;

Fosfato;

Carvão Mineral;

Sulfetos Metálicos (Cobre, Chumbo, Zinco, Níquel etc.);

Zinco (Blenda ou Esfalerita);

Entre outros minérios.

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A Tabela mostra condições operacionais para flotação de diferentes minérios, bem como o número de células usuais por banco.