Hisse Senetler

Dispersantes são substâncias que promovem a formação de uma dispersão e a estabilizam através da inibição da agregação da fase dispersa (KISSA, 1999).

KLIMPEL e HANSEN (1989) e KLIMPEL (1999) afirmaram que a escolha de um dispersante apropriado para uma determinada polpa engloba um conhecimento prévio do tipo e magnitude da carga elétrica existente nas partículas dessa polpa.

O modelo da dupla camada elétrica é amplamente usado para explicar e quantificar essa natureza elétrica. A dupla camada elétrica é gerada quando uma partícula, contendo uma carga elétrica superficial (gerada pelo rompimento das ligações

químicas, via fratura do sólido), é imersa em um fluido (por exemplo, a água). Após a imersão, espécies carregadas começarão a migrar através da interface sólido/líquido, até que o equilíbrio seja alcançado. Um exemplo da dupla camada elétrica para uma partícula carregada negativamente é apresentado na figura 3.4. Íons que se adsorvem especificamente nessas partículas, revertendo ou até mesmo aumentando a carga elétrica, são denominados íons determinadores de potencial (IDP) e, na maioria dos casos, são únicos para cada tipo de sistema de partículas. Para vários tipos de partículas sólidas, especialmente aquelas que são óxidos, os íons determinadores de potencial são H+ _{e OH}-_{. Para essa situação, a simples mudança do pH da fase líquida}

pode causar uma mudança na carga da superfície da partícula. Dessa forma, com o aumento do pH, a concentração de OH- _{aumenta e a carga da superfície da partícula}

mudará de positiva para negativa, com o ponto de carga zero sendo o valor de pH no qual a carga elétrica da superfície é nula.

Figura 3.4 - Modelo de dupla camada elétrica (BRANDÃO, 2009).

Vários autores (KISSA,1999; KLIMPEL e HANSEN, 1989; KLIMPEL,1999) relataram a existência de alguns mecanismos nos quais as partículas podem ser dispersas,

incluindo repulsão eletrostática (onde as partículas têm a mesma carga, sendo repelidas), forças de solvatação (moléculas de água envolvendo uma partícula, criando uma barreira contra a aproximação de outras partículas) e estabilização estérica (provocada pela adsorção de reagentes químicos).

A tabela III.3 lista os principais tipos de reagentes químicos utilizados na dispersão e os seus respectivos mecanismos de ação.

Tabela III.3 - Principais reagentes dispersantes (RABELO, 1994; BRANDÃO, 2009)

Classes Tipos Mecanismos de atuação Exemplos

Inorgânicos

Fosfatos de sódio

Aumento da carga na DCE através da ligação de hidrogênio e adsorção química Hexametafosfato Tripolifosfato Pirofosfato Ortofosfato Silicatos de sódio

Aumento da carga na DCE através da ligação de hidrogênio e adsorção

química

Relação SiO2/Na2O varia de

1,5 a 3,5

Sais alcalinos

Aumento da carga da DCE através da ligação de hidrogênio e adsorção química Bórax (Na2B4O7) Aluminato (NaAlO2) Carbonato (Na2CO3) Fluoreto (NaF) Hidróxido (NaOH) Orgânicos monoméricos Diaminas Solvatação H2N-(CH2)n-NH2 (n=3 a 6)

Amino-álcoois Solvatação H2N-(CH2)n-OH (n=3 a 6)

Fenóis múltiplos Solvatação Catecol

Pirogalol

Ácidos policarboxílicos Solvatação e aumento da _{carga da DCE}

Àcido oxálico Ácido hemimelítico

Ácido piromelítico Ácidos aminocarboxílicos Solvatação e aumento da _{carga da DCE} EDTA (ou sal sódico)

Ácidos hidroxicarboxílicos Solvatação e aumento da _{carga da DCE}

Ácido cítrico Ácido tartárico

Ácido gálico

Orgânicos poliméricos

Poliacrilatos de sódio Aumento e manutenção da _{carga negativa na DCE} (CH2=CH-COONa)n

Lignossulfonatos e taninos Solvatação e estabilização _estérica Estrutura complexa, com radicais aromáticos e similares Polissacarídeos (cadeias

médias) Solvatação e estabilização estérica

Dextrina Carboximetilcelulose Surfatantes etoxilados e

propoxilados Estabilização estérica Nonil-fenol etoxilado

Outros polímeros

(estabilização estérica) Estabilização estérica

Gelatinas Goma arábica

Caseína Taninos

A estabilização estérica envolvendo polímeros com cadeia hidrofóbica e surfatantes é o mecanismo primário dos aditivos de moagem. A repulsão é causada pela criação de uma barreira estérica à agregação, prevenindo a aproximação das partículas e impedindo que as forças de atração sejam relevantes.

Figura 3.5 - Estabilização estérica de partículas devido à adsorção de dispersantes poliméricos (KLIMPEL e HANSEN, 1989).

A figura 3.6 ilustra cinco condições comuns nas quais um dispersante polimérico (incluindo monômeros orgânicos simples) pode se adsorver em uma partícula, conduzindo à estabilização estérica. São elas: (a e b) ligação eletrostática, que é a atração de materiais com carga oposta, conduzindo à neutralização de carga; (c) ligação hidrofóbica, que ocorre quando a cadeia hidrocarbônica de um dispersante se associa com a superfície de uma partícula hidrofóbica; (d) ligação de hidrogênio, que é comum para sólidos que contêm uma superfície com carga aproximadamente neutra com reagentes sem carga (não-iônicos); (e) ligação quelante de um reagente com um átomo metálico na superfície da partícula. Normalmente a ligação eletrostática é preferida e é a mais fácil de controlar industrialmente, porém reagentes baseados na ligação hidrofóbica são também muito utilizados (KLIMPEL e HANSEN, 1989; KLIMPEL, 1999).

Figura 3.6 - Tipos comuns de configurações de adsorção de polímeros nas superfícies das partículas (KLIMPEL, 1999).

KLIMPEL e HANSEN (1989) e KLIMPEL (1999) afirmaram que outro importante fator a ser considerado é como reagentes aniônicos e catiônicos desenvolvem carga com a mudança do pH. Reagentes não-iônicos (usualmente contendo –O– e –OH–) são praticamente insensíveis a mudanças no pH, mas são mais efetivos como dispersantes em superfícies de partículas aproximadamente neutras. Os dispersantes aniônicos mais comuns contêm ácidos carboxílicos (e seus sais). Tais ácidos orgânicos se dissociam em solução aquosa, em pH 5 ou 6, não sendo eficazes como dispersantes em pH menor que 5 ou 6. Com os ácidos carboxílicos, a presença de íons multivalentes (como Ca2+_{) provenientes de água dura ou cal adicionada é}

bastante prejudicial, uma vez que sais carboxílicos insolúveis são formados. Portanto, a utilização de dispersantes como aditivos de moagem em tais condições não é econômica. Reagentes baseados no ácido sulfônico, RS(=O)2OH, são usualmente

utilizados como dispersantes para menores faixas de pH, uma vez que se dissociam em pH próximo a 2.

Os dispersantes catiônicos usados são geralmente aminas. As aminas ionizam em solução aquosa por protonação:

RNH2(aq) + H2O → RNH3+ + OH-.

Podem ser utilizadas aminas primárias, secundárias, terciárias ou quaternárias. Aminas quaternárias são bases fortes, assim são ionizadas em toda faixa do pH, enquanto a ionização das outras formas é dependente do pH.

Os reagentes catiônicos são geralmente muito mais caros que os dispersantes aniônicos, razão pela qual a ligação hidrofóbica utilizando dispersantes aniônicos ou não iônicos é usada mesmo para polpas contendo partículas carregadas negativamente (KLIMPEL, 1999).