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A flotação é uma técnica de separação que utiliza bolhas de ar para coletar partículas minerais valiosas de uma polpa à base de água. Se você perguntar para que serve a flotação, a resposta direta é que a flotação é usada para separar minerais valiosos de resíduos de rocha, para melhorar os minérios antes da fundição e lixiviação e para recuperar partículas finas que os processos de gravidade não conseguem lidar. Além da mineração, o mesmo princípio é usado na reciclagem de papel, na separação de plásticos, na remediação de solos e no tratamento de águas residuais oleosas.
O processo é baseado na química de superfície. Os reagentes tornam o mineral alvo hidrofóbico, bolhas de ar fixam-se a essas partículas e uma espuma estável as transporta para a superfície, onde são removidas como concentrado. As seções a seguir explicam os principais usos da flotação, as etapas dentro de um concentrador, os equipamentos e produtos químicos envolvidos e as variáveis que decidem a recuperação e o teor.
O que é flotação e como funciona?
A flotação, às vezes chamada de flotação em espuma, é um método de separação físico-química. Ele converte diferenças na molhabilidade da superfície em diferentes taxas de fixação de bolhas. Em uma célula de flotação, a polpa é aerada de modo que a superfície mineral alvo, que foi tornada hidrofóbica por reagentes, se ligue às bolhas de ar. O agregado de partículas de bolha sobe à superfície; a camada de espuma é raspada, espessada e filtrada para obter o concentrado final.
Três condições básicas devem ser atendidas:
- O valioso mineral deve ser liberado da ganga proveniente da moagem correta.
- A superfície alvo deve ser seletivamente hidrofóbica, o que vem da química do coletor.
- A célula deve produzir bolhas pequenas e estáveis, provenientes do impulsor e do bocal.
Estas condições também explicam porque a flotação é aplicada a tantos materiais: sempre que uma diferença seletiva de hidrofobicidade pode ser criada, um processo de flotação pode ser projetado em torno dela. Para uma visão mais detalhada da operação do circuito, consulte o princípio principal do equipamento de flotação em beneficiamento .
Principais usos da flotação na indústria
O uso mais visível da flotação é na mineração de metais, mas a tecnologia também está incorporada no processamento químico, na reciclagem e no tratamento ambiental. A tabela abaixo resume os feeds e objetivos típicos.
| Campo de aplicação | Alimentação ou material típico | Objetivo principal |
|---|---|---|
| Flotação de minério de sulfeto | Cobre, chumbo, zinco, níquel, minério de molibdênio | Produzir um concentrado de sulfeto para fundição |
| Flotação de metais preciosos | Minério de ouro, minério contendo prata | Recuperar ouro fino livre e sulfetos contendo ouro |
| Flotação reversa de minério de ferro | Hematita, minério de magnetita | Diminuir o teor de sílica e aumentar o teor de ferro |
| Flotação mineral industrial | Rocha fosfática, fluorita, grafite | Atualizar minerais para uso de fertilizantes e produtos químicos |
| Flotação de potássio | Silvinita, salmoura de lago salgado | Separe o cloreto de potássio do cloreto de sódio |
| Reciclagem e remediação | Resíduos de papel, plásticos misturados, solo contaminado | Remova tinta, classifique plásticos, recupere metais pesados |
| Tratamento de água | Efluentes industriais, águas residuais oleosas | Remover sólidos suspensos, óleo e graxa |
Beneficiamento de minério metálico
A maior parte da capacidade de flotação está instalada em concentradores de metais básicos. Os minérios de sulfeto respondem bem aos coletores de xantato, razão pela qual as plantas de cobre, zinco, chumbo e níquel quase sempre usam um circuito de flotação após a moagem. A flotação também recupera molibdênio e prata quando ocorrem com sulfetos de cobre e é usada para recuperar ouro de minérios piríticos antes da lixiviação com cianeto.
Hidrometalurgia e processamento de lagos salgados
Nas plantas hidrometalúrgicas, a flotação é utilizada para recuperar valores metálicos de escórias, mates e resíduos. A escória de fundição de cobre, por exemplo, é moída e flutuada para devolver o cobre residual à fundição. Na química dos lagos salgados, a flotação é uma etapa padrão na produção de potássio, ajudando a remover a halita e a argila do cloreto de potássio.
Reciclagem, remediação e tratamento de água
O mesmo princípio da química de superfície também resolve problemas ambientais. A flotação remove a tinta do papel reciclado, separa plásticos com diferentes comportamentos de umedecimento e remove partículas contendo metais pesados do solo contaminado e sedimentos dragados. No tratamento de águas residuais, a flotação por ar dissolvido retira óleo, graxa e sólidos leves em suspensão dos efluentes industriais. Essas aplicações estão crescendo à medida que aumenta a pressão para recuperar materiais de recursos secundários.
Como um circuito de flotação é organizado
Um circuito de flotação é uma sequência de máquinas e etapas de processo, não um único tanque. O arranjo depende do tipo de minério e da especificação do produto final, mas diversas etapas estão sempre presentes.
- A trituração e a moagem liberam o mineral valioso da ganga.
- O condicionamento mistura a polpa com coletores, espumantes e modificadores de pH.
- A flotação mais grosseira coleta um primeiro concentrado da polpa de alimentação.
- A flotação Scavenger trata os rejeitos mais ásperos para recuperar os valores remanescentes.
- A flotação mais limpa faz flutuar novamente o concentrado mais áspero para aumentar o teor.
- A reafiação abre partículas bloqueadas e as retorna ao circuito.
- A desidratação remove a água do concentrado para transporte ou processamento posterior.
Em um concentrador de cobre típico, o minério é moído até um tamanho em que 70 a 80 por cento passam 74 mícrons antes de entrar no banco mais áspero. Em uma planta de pirita contendo ouro, o mesmo circuito pode ser usado para produzir um concentrado de sulfeto a granel, que é então moído novamente para expor o ouro à lixiviação com cianeto. As etapas do processo são semelhantes, mas o esquema de reagentes e os tempos de residência são bastante diferentes.
Equipamentos de Flotação e Tipos de Máquinas
Os equipamentos de flotação vão desde pequenas células de laboratório até tanques industriais com volumes acima de 300 metros cúbicos. A classificação básica é pelo método de fornecimento de ar: máquinas mecânicas de auto-aeração e máquinas de inflação de ar.
Máquinas autoaeráveis
Máquinas como a máquina de flotação tipo BF são classificadas como autoaerativas porque o impulsor puxa o ar para dentro da polpa à medida que ela gira. Estas células são comuns em fábricas de médio e pequeno porte, especialmente onde um sistema de ar comprimido separado não está disponível.
Máquina de flotação BF autoaerativa para plantas de pequeno e médio porte Uma célula de agitação mecânica que aspira o ar naturalmente com um impulsor fechado de duplo cone, ideal para locais sem ar comprimido. Combina sucção e flutuação para simplificar a configuração do circuito. Ver Produto → Máquinas de inflação de ar
As células de inflação de ar, como os tipos XCF e KYF, utilizam um suprimento de ar externo, proporcionando controle independente de aeração e agitação. Os tipos XCF e KYF são frequentemente combinados em um banco: uma célula XCF no topo do banco atua como um tanque de sucção, enquanto o restante são células de inflação de ar. Isto elimina a necessidade de uma bomba de polpa entre os estágios de flotação.
Combinação de máquina de flutuação com inflação de ar XCF / KYF Usa fornecimento de ar externo para controle de aeração independente e emparelha uma célula de sucção XCF com células de fluxo direto KYF para eliminar bombas de polpa entre os estágios. Adequado para circuitos médios e grandes. Ver Produto → Grandes máquinas de flotação
Grandes células de flotação mudaram a economia do processamento de minério de baixo teor. Uma única célula grande pode substituir várias células menores, reduzindo o consumo de energia, o espaço físico e os trabalhos de manutenção. O principal requisito é um sistema de dispersão de ar estável e um projeto de descarga de espuma que funcione em profundidade.
O impulsor, a profundidade do tanque, o design do cone de espuma e a válvula de controle de ar devem corresponder à densidade da polpa e à distribuição do tamanho das partículas da alimentação.
Reagentes de Flotação Utilizados em Circuitos Comerciais
A química dos reagentes altera a superfície do mineral para que o processo de flotação possa diferenciar entre partículas que se parecem com a separação por gravidade. A tabela abaixo lista os três principais tipos de reagentes.
| Classe de reagente | Função principal | Exemplos industriais |
|---|---|---|
| Colecionadores | Adsorver no mineral alvo e torná-lo hidrofóbico | Xantatos, ditiofosfatos, ácidos graxos |
| Espumantes | Estabilize as bolhas e forme uma camada de espuma na superfície da polpa | MIBC, óleo de pinho, éteres poliglicólicos |
| Reguladores | Reduza a ganga, ative minerais ou controle o pH da polpa | Cal, carbonato de sódio, silicato de sódio, sulfato de cobre |
Um esquema prático de reagentes para um minério de cobre-zinco começa com cal para deprimir a pirita e, em seguida, um coletor de cobre para flutuar a calcopirita enquanto o zinco é retido. Após a remoção do cobre, é adicionado sulfato de cobre para ativar a esfalerita e um coletor é dosado novamente para fazer o zinco flutuar. O mesmo ciclo se repete em etapas mais limpas com menor densidade de polpa e espumante mais suave.
Fatores que afetam a recuperação da flotação
Muitas variáveis determinam se uma planta de flotação atinge sua meta de recuperação. Os operadores geralmente monitoram esses seis.
- Tamanho de partícula: partículas grossas são pesadas e se desprendem das bolhas; partículas muito finas não alcançam a superfície da bolha. Uma faixa de tamanho médio oferece a melhor recuperação.
- Densidade da polpa: uma polpa muito espessa reduz a qualidade da espuma; uma polpa muito fina aumenta o consumo de água e energia.
- Dosagem do reagente: subdosagem deixa valor em rejeitos; a dosagem excessiva reduz o teor de concentrado.
- Taxa de aeração: ajusta a área de superfície da bolha; uma taxa de ar muito alta pode causar o colapso da espuma.
- pH e potencial da polpa: a flotação de sulfeto padrão funciona em polpas alcalinas para proteger os filmes coletores e deprimir os minerais de ferro.
- Tempo de residência: se a polpa sai das células muito rapidamente, os minerais que flutuam lentamente são perdidos; se permanecer por muito tempo, a ganga é transportada para o concentrado.
O gráfico abaixo mostra uma relação típica entre tamanho de partícula e recuperação de flotação para um minério de sulfeto.
Recuperação típica de flotação versus tamanho de partícula
Os valores exatos diferem entre os minérios, mas o formato da curva é consistente nas plantas de metais básicos. Se a queda de recuperação for grosseira, a planta geralmente aumenta a dosagem do coletor ou a profundidade da espuma. Se a gota for fina, a planta pode precisar de um floculante, um coletor mais forte ou um design de célula diferente.
Escolhendo Equipamentos de Flotação para Projetos Reais
Selecionar a máquina de flotação certa para uma nova planta ou atualização é um processo gradual. A tonelagem de alimentação planejada define o volume total da célula. A mineralogia do minério define o esquema de reagentes e o número de etapas de limpeza. O tamanho da partícula de alimentação e o grau de concentrado necessário definem o tipo e a profundidade da célula.
Um exemplo relevante é o projeto de reforma técnica de flotação na operação de zinco de 3.000 t/d da Yunnan Jinding Zinc Industry. Nessa fábrica, as células existentes não conseguiam recuperar esfalerite fina suficiente e a solução foi alterar a configuração da máquina em vez de reconstruir a secção de moagem. O esboço deste projeto explica como o novo arranjo de flotação aumentou a recuperação, mantendo o teor de concentrado dentro dos requisitos da fundição. Em plantas de fundição e cobre de alta tonelagem, o mesmo tipo de análise geralmente leva a grandes máquinas de flotação, que reduzem a contagem de células e o consumo de energia.
Máquinas de flotação de grande capacidade para plantas de alta tonelagem Projetado para lidar com minérios volumosos e aumentar a recuperação enquanto reduz energia e espaço físico. Oferecidas em tamanhos de até 200m³, essas células atendem às operações de cobre, fosfato e minério refratário. Ver Produto → Para plantas que processam rocha fosfática, potássio ou minérios refratários, a mesma lógica de seleção se aplica, mas a carga de espuma e a estabilidade dos reagentes tornam-se mais importantes. A máquina deve reter a espuma por tempo suficiente para que as etapas de limpeza façam seu trabalho, e o formato da célula deve suportar a maior viscosidade de algumas polpas minerais.
Perguntas frequentes sobre flutuação
Para que é usada a flotação por espuma na mineração?
A flotação de espuma é usada para separar minerais valiosos da ganga após a moagem. É aplicado principalmente em minérios sulfetados de cobre, zinco, chumbo e níquel, mas também em ouro, molibdênio, fosfato, fluorita e potássio.
A flotação pode ser usada para materiais não minerais?
Sim. O mesmo princípio é usado para remover a tinta do papel reciclado, separar plásticos mistos e remover partículas contendo metais pesados do solo contaminado. No tratamento de água, a flotação por ar dissolvido é utilizada para remover óleo, graxa e sólidos suspensos.
Qual é a diferença entre flotação e sedimentação?
A sedimentação separa as partículas por densidade e permite que o material se assente sob a gravidade. A flotação separa pela hidrofobicidade da superfície e carrega as partículas para cima com bolhas de ar. A flotação pode, portanto, separar partículas que têm quase a mesma densidade, mas com química de superfície diferente.
O que uma máquina de flotação realmente faz?
Uma máquina de flotação mistura a polpa, dispersa o ar em pequenas bolhas e mantém a camada de espuma estável o suficiente para a coleta. O mecanismo do impulsor e a geometria do tanque definem a faixa de tamanho das partículas que a máquina pode manipular com eficiência.
Por que o tamanho das partículas é tão importante na flotação?
Partículas grossas são pesadas demais para formar bolhas e partículas finas não colidem com as bolhas com frequência suficiente. Cada minério possui uma faixa de tamanho ideal onde a recuperação é maior; sair dessa faixa reduz a recuperação mesmo quando a receita do reagente está correta.
