La relation de Julie à son environnement

Por ser um processo de separação físico-químico que utiliza as diferenças nas propriedades de superfície entre minerais de valor e minerais indesejados, a teoria da flotação é complexa, pois envolve três fases (sólido, líquido e gás) com muitos subprocessos e interações, ainda não completamente compreendidos. O processo de recuperação de partículas por flotação compreende três mecanismos básicos (WILLS e NAPIER-MUNN, 2006):

19 i. Colisão e adesão seletiva (attachment) de partículas com as bolhas de ar, conhecido por

true flotation(flotação “real”);

ii. Arraste hidrodinâmico (entrainment) de partículas à zona de espuma;

iii. Aprisionamento físico (entrapment) de partículas entre os agregados bolha-partícula;

A adesão de partículas minerais às bolhas de ar é o mais importante mecanismo e é responsável pela maior quantidade de partículas recuperadas no concentrado. Embora a flotação “real” seja o mecanismo dominante na recuperação de minerais de valor da ganga, a eficiência da separação é também dependente do grau de entrainment (arraste hidrodinâmico) e entrapment (aprisionamento físico) do sistema. Ao contrário da flotação “real”, que é quimicamente seletiva às propriedades de superfície, tanto a ganga quanto os minerais de valor podem ser recuperados por arraste hidrodinâmico, oclusão em agregados ou ainda arraste por slime coating, fenômeno conhecido pelo recobrimento por ultrafinos ou lamas. Na prática industrial, entrainment de partículas indesejadas é comum, sendo necessários vários estágios de flotação, chamados circuitos, para alcançar uma qualidade economicamente aceitável do concentrado. A Figura 2.4 ilustra os mecanismos envolvidos na recuperação de partículas. Camada de espuma Aprisionamento (Entrapment) Arraste hidrodinâmico (Entrainment) Minério Mistos Ganga Adesão (Attachment)

Figura 2.4: Mecanismos de recuperação (Fonte: CAPPONI, 2009).

Durante o processo de flotação, ocorrem fenômenos que envolvem a hidrodinâmica e a cinética do sistema como, por exemplo, o movimento de bolhas e partículas e a energia mínima de colisão para destruir a camada líquida de água, entre outros. Entretanto, mesmo que os critérios termodinâmicos associados à interação hidrofóbica entre bolhas e partículas sejam favoráveis, para que a flotação ocorra é necessário satisfazer outros critérios correlacionados a cinética e a hidrodinâmica do sistema (MONTE e PERES, 2002):

20  As partículas devem colidir com as bolhas;

 O filme de separação na interface partícula/bolha deve ser o mais fino possível (camada hidratada residual que decresce com a hidrofobicidade da partícula) e romper durante o tempo de colisão, permitindo assim a adesão da partícula à bolha, formando o agregado;  O agregado partícula/bolha deve ser resistente e estável o suficiente para permanecer

intacto no equipamento de flotação, até a retirada da espuma.

A satisfação destes critérios é expressa pela probabilidade da flotação de ocorrer.

2.3.2.1. Probabilidade de Flotação

A flotação de partículas em suspensão é um fenômeno cinético composto por diferentes etapas ou microfenômenos. Um modelo probabilístico do processo de flotação pode ser expresso pela seguinte equação (TABOSA, 2007, CAPPONI, 2009):

P = Pf + Parr (2.1) em que:

Pf = probabilidade de flotação (flotação real) Parr = probabilidade de flotação por arraste

A probabilidade de flotação real pode ser representada pela expressão abaixo:

Pf = Pc · Pa · Pp · Pt (2.2) em que:

Pc = probabilidade de colisão bolha-partícula Pa = probabilidade de adesão bolha-partícula

Pp = probabilidade de permanência do agregado bolha-partícula (resistência) Pt = probabilidade de transferência ao produto flotado

Quando se trata da recuperação de partículas por arraste, os componentes que contribuem para a recuperação das partículas podem ser expressos através da Eq. 2.3:

Parr = Pah + Po + Psc (2.3) em que:

Pah = probabilidade de flotação por arraste hidrodinâmico (entrainment) Po = probabilidade de flotação por oclusão em agregados (entrapment) Psc = probabilidade de flotação por arraste de lamas (slime coating)

21 A probabilidade de colisão, Pc, é definida como a razão entre a massa de partículas disponíveis para a colisão localizadas entre o raio “crítico”, rc, (em relação ao centro da bolha) e a massa das partículas que realmente colidiram (TORTORELLI, 1997; GUO, 2001). Pc é diretamente proporcional ao quadrado do diâmetro da partícula (dp) e inversamente proporcional ao quadrado do diâmetro de bolha (db), conforme expresso na Eq. 2.4.

2 p C b d 3 P 2 d        (2.4) A probabilidade de colisão é especialmente influenciada por fatores físicos como tamanho de partícula e da bolha, densidade da partícula e do líquido, e em geral, por fatores hidrodinâmicos tais como viscosidade do líquido, força de cisalhamento (líquido/partícula), força de atração gravitacional, inércia, quantidade de movimento das partículas (partículas grossas), difusão ou movimento browniano (partículas finas e ultrafinas), turbulência, entre outros. É uma função do movimento relativo de partículas e bolhas, sendo independente da hidrofobicidade da partícula (SANTANA, 2007). O fenômeno de “captura” (colisão + adesão) das partículas com bolhas dentro de um raio crítico é mostrado na Figura 2.5.

d_p d_b rc d_{p d’} b rc (a) (b)

Figura 2.5: Fenômeno de “captura” (colisão + adesão) de partículas de diâmetro dp por bolhas de diâmetro db dentro do raio crítico rc. Comparação entre bolhas grandes (a) e bolhas pequenas (b) (Fonte: TABOSA, 2007).

A adesão bolha-partícula é a etapa mais importante da flotação. Para que a adesão ocorra é necessário o deslocamento do filme líquido da superfície mineral pela bolha de ar. Entretanto, tal fenômeno só ocorre se a força de interação resultante entre a superfície da

22 partícula e a bolha de ar for de caráter atrativo, condição determinada pela hidrofobicidade da superfície mineral. Assim, o processo de adesão é dependente do tamanho de bolha e da partícula, propriedades superficiais da fase dispersa, temperatura, propriedades físico- químicas da fase contínua e condições hidrodinâmicas (TABOSA, 2007).

Assim, pode-se dividir o processo de adesão em três etapas (SCHOENHALS, 2006):  Indução: tempo que leva após a colisão, para a partícula localizar-se no ponto onde

ocorre a adesão propriamente dita. Depende do ângulo de contato, das forças interfaciais, da energia de colisão e da hidratação da superfície da partícula. Inclui o afinamento inicial do filme ou película líquida;

 Ruptura do filme ou película líquida: depende basicamente do ângulo de contato;

 Deslocamento do filme até o ponto de equilíbrio ou expansão da linha trifásica: corresponde à restauração do equilíbrio. Depende do ângulo de contato, do tipo de tensoativo e da rugosidade das partículas.

A eficiência da adesão é definida como a fração de partículas que colidiram e apresentaram um tempo de deslizamento ou de contato maior que o tempo de indução, tempo necessário para o afinamento e deslocamento do filme hidratado das interfaces sólido/líquido e líquido/ar (DOBBY e FINCH, 1987). A Figura 2.6 ilustra o fenômeno de captura bolha- partícula.

A probabilidade de permanência do agregado bolha-partícula (resistência), Pp, inclui os subprocessos de ascensão dos agregados bolha-partícula e sua recuperação com o produto flotado. Dois fatores são decisivos nesta etapa: o primeiro está relacionado ao cisalhamento na ascensão entre as próprias partículas e o segundo com o fenômeno de ruptura via colapso das unidades bolha-partícula (TABOSA, 2007).

Por fim, a probabilidade de transferência ao produto flotado, Pt, está relacionada com a capacidade de transporte das unidades bolha-partícula ao concentrado final via coleta mecânica e, no caso das colunas, drenagem da espuma. Esta, por sua vez, depende da estrutura da espuma (tipo de espumante), concentração de sólidos, diâmetro das partículas de ganga e largura dos canais de drenagem. Portanto, este fator é controlado pelo grau de hidrofobicidade (ângulo de contato), pelos diâmetros de partículas e bolhas e por parâmetros físicos como a viscosidade-rigidez (proporção de sólidos) da espuma e ação mecânica do raspador de espuma (TABOSA, 2007).

23 Filme líquido Bolha Partícula 600-3000 m 10-150 m (a) (b) Ø (c) (d)

Figura 2.6: Fenômeno de captura bolha-partícula. (a) aproximação (b) colisão (c) indução - tempo de adelgaçamento do filme líquido (d) ruptura do filme líquido e formação do ângulo de contato (Fonte: CAPPONI, 2009).

Alguns fatores hidrodinâmicos podem levar ao desprendimento (detachment) da partícula da bolha, como a turbulência da polpa, a coalescência das bolhas, a capacidade de transporte e rotação das bolhas.