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Os fundamentos das técnicas que exploram características de superfície estão em um campo da ciência conhecido como “Físico-química das Interfaces”, “Química de Superfície”, “Química das Interfaces” ou “Propriedades das Interfaces” onde se estuda todas as características das reações existentes entre fases existentes na natureza.

A flotação em espuma, ou simplesmente flotação, é um processo de separação aplicado a partículas sólidas que explora diferenças nas características de superfície entre as várias espécies presentes na natureza. O método trata misturas heterogêneas de partículas suspensas em fase aquosa ou líquida (polpas).

A concentração de minerais requer três condições básicas: liberabilidade, diferenciabilidade e separabilidade dinâmica. A liberação dos grãos dos diferentes minerais é obtida através de operações de cominuição (britagem e moagem) intercaladas com etapas de classificação por tamanho. A separabilidade dinâmica está diretamente ligada aos equipamentos empregados. As máquinas de flotação se caracterizam por possuírem mecanismos capazes de manter as partículas em suspensão e de possibilitar o contato ar com a polpa através de sistemas de aeração. A diferenciabilidade é a base da seletividade do método.

Nos sistemas de flotação a fase líquida é quase sempre a água, uma espécie polar, e a fase gasosa é quase sempre o ar, constituído basicamente por moléculas apolares. Uma substância hidrofóbica pode agora ser melhor caracterizada como aquela cuja superfície é essencialmente polar, tendo maior afinidade com o ar que com a água. Por outro lado, substância hidrofílica é aquela cuja superfície é polar, indicando maior afinidade com a água que com o ar.

A seletividade do processo de flotação se baseia no fato de que a superfície de diferentes espécies minerais pode apresentar distintos graus de hidrofobicidade. O conceito de hidrofobicidade de uma partícula está associado à sua umectabilidade ou “molhabilidade” pela água. Partículas mais hidrofóbicas são menos ávidas por água. O

conceito oposto a hidrofobicidade é designado como hidrofilicidade. Em termos de polaridade os compostos químicos se dividem em polares e apolares, em função de apresentarem ou não um dipolo permanente. A importância da polaridade ref1ete-se no fato de que existe afinidade entre substâncias ambas polares ou ambas apolares (ou não polares), não havendo, geralmente, afinidade entre uma substância polar e outra apolar. Em geral, a mera passagem de um fluxo de ar não é suficiente para carrear as partículas hidrofóbicas. Faz-se necessária à formação de uma espuma estável, que é obtida através da ação de reagentes conhecidos como espumantes, os quais abaixam a tensão superficial na interface líquido/ar e têm ainda a importante função de atuar na cinética da interação partícula-bolha, fazendo com que o afinamento e a ruptura do filme líquido ocorram dentro do tempo de colisão.

O pequeno número de minerais naturalmente hidrofóbicos seria indicativo de uma gama restrita de aplicações da flotação. A vastíssima aplicação industrial das técnicas se deve ao fato de que minerais naturalmente hidrofílicos podem ter sua superfície tornada hidrofóbica através da adsorção (concentração na superfície) de reagentes conhecidos como coletores. Em outras palavras, a propriedade diferenciadora pode ser induzida. Na maioria dos sistemas de flotação a seletividade do processo requer a participação de substâncias orgânicas ou inorgânicas, designadas como modificadores ou reguladores. As ações dos modificadores são diversas, destacando-se: ajustar o pH do sistema, ajustar o potencial eletroquímico da polpa, controlar o estado de dispersão da polpa, facilitar e tomar mais seletiva a ação do coletor (função designada como ativação) e tornar um ou mais minerais hidrofílicos imunes à ação do coletor (função conhecida como depressão).

Segundo Iwasaki (1983), analisando o papel estratégico ocupado pela flotação na concentração de minérios de ferro, destaca três fatores:

¾ A flotação é o principal processo a ser utilizado para a concentração de minérios

¾ O processo possibilita a redução dos teores em sílica de concentrados magnéticos obtidos por separação magnética, principalmente quando a liberação de sílica fina impede o bom desempenho da separação magnética;

¾ A flotação é o processo mais indicado para a produção de super-concentrados,

utilizados em processos metalúrgicos de redução direta.

A flotação de minérios de ferro é denominada direta ou reversa, se os minerais flotados forem, respectivamente, os minerais oxidados de ferro ou o quartzo (sílica). A flotação é dita aniônica ou catiônica, de acordo com a natureza da parte polar dos coletores utilizados.

A flotação de minério de ferro pode ser realizada basicamente de quatro formas distintas:

¾ flotação de minerais oxidados de ferro, utilizando coletores aniônicos (ácidos

carboxílicos e sulfatos), em pH na faixa neutra a ácida;

¾ flotação de sílica, utilizando coletores aniônicos (ácidos carboxílicos) em pH

alcalino, ativado por cálcio;

¾ Flotação catiônica de minerais oxidados de ferro, utilizando aminas como

coletores e ativação por flúor, em pH ácido;

¾ Flotação catiônica de sílica, utilizando aminas, em pH na faixa neutra e alcalina.

A flotação catiônica de sílica com a utilização de aminas tem sido realizada na faixa de pH alcalino, onde as propriedades de dissociação e hidrólise deste grupo de reagentes lhe conferem características de coletor e espumante.

O tamanho máximo de partículas é fixado, primordialmente, pela liberação do mineral de interesse cuja recuperação é o objetivo do tratamento e deve respeitar o limite de capacidade de transporte das partículas pelas bolhas de ar. O limite inferior da faixa granulométrica está associado com o conceito de “lamas”, que se refere a materiais de granulometria fina (geralmente abaixo de 10µm) que podem causar efeitos deletérios ao sistema.

Seguramente, um dos maiores problemas que o processo de flotação de minério de ferro enfrenta é a recuperação de minerais-minério na presença de lamas. As propriedades superficiais das lamas influenciam a criação de recobrimentos de lamas sobre as partículas (slimes coating), alteram a rigidez da espuma, interferem no contato bolha- mineral e reduzem a eficiência dos reagentes, Peres (1999).

3.10.3.Mecanismos de Adsorção de Aminas em Minerais Oxidados de