INFLUÊNCIA DOS ÍONS Ca2+, Mg2+ e Mn2+ NA FLOTAÇÃO ...‡ÃO... · foram obtidos concentrados...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE OURO PRETO

DEPARTAMENTO DE ENGENHARIA DE MINAS

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA

MINERAL

DISSERTAO DE MESTRADO

INFLUNCIA DOS ONS Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

NA FLOTAO

CATINICA DE MINRIO DE FERRO: ESTUDOS DE BANCADA

DANIEL GERALDO DA CRUZ

Ouro Preto - MG

2015

MINISTRIO DA EDUCAO E DO DESPORTO

Escola de Minas da Universidade Federal de Ouro Preto Departamento de Engenharia de Minas

Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mineral PPGEM

INFLUNCIA DOS ONS Ca2+

, Mg2+

E Mn2+

NA FLOTAO

CATINICA DE MINRIO DE FERRO: ESTUDOS DE BANCADA

Autor: DANIEL GERALDO DA CRUZ

Orientadora: Profa. Dr

a. ROSA MALENA FERNANDES LIMA

Dissertao apresentada ao Programa de Ps-

Graduao do Departamento de Engenharia de

Minas da Escola de Minas da Universidade

Federal de Ouro Preto, como parte integrante

dos requisitos para obteno do ttulo de

Mestre em Engenharia Mineral.

rea de concentrao:

Tratamento de Minrios

Ouro Preto/MG

Maro de 2015

C957i Cruz, Daniel Geraldo da.

Influncia dos ons Ca2+, Mg2+ e Mn2+ na flotao catinica de minrio de ferro [manuscrito]: estudos de bancada / Daniel Geraldo da Cruz. - 2015.

74f.:

Orientadora: Profa. Dra. Rosa Malena Fernandes Lima.

Dissertao (Mestrado) - Universidade Federal de Ouro Preto. Escola de Minas.

Departamento de Engenharia de Minas. Programa de Ps-Graduao em Engenharia Mineral.

rea de Concentrao: Tratamento de Minrios.

1. ons. 2. Flotao inica. 3. Beneficiamento de minrio. I. Lima, Rosa Malena Fernandes. II. Universidade Federal de Ouro Preto. III. Titulo.

CDU: 622.765.063

Catalogao: www.sisbin.ufop.br

http://www.sisbin.ufop.br/

AGRADECIMENTOS

Agradeo a todos que de alguma forma contriburam para a realizao deste trabalho.

professora Rosa Malena Fernandes Lima pela pacincia, ensinamentos e muita dedicao

na orientao deste trabalho.

minha famlia pelo incentivo.

Aos colegas e amigos do mestrado, em especial Francielle, Fbio e Diogo, que juntos

iniciaram esta jornada.

Aos professores Otvia, rica, J.A. e Carlos Alberto, pela amizade e valiosas dicas para a

elaborao deste trabalho.

Aos colegas de laboratrio, que foram companheiros durante as atividades laboratoriais,

tornando esses momentos menos entediantes e mais produtivos.

Aos tcnicos dos laboratrios do DEMIN, Luiz, Mariana, Toninho e Geraldo.

Dora, Renata e Lcia, pela prontido em atender e esclarecer nossas solicitaes.

Aline, do Laboratrio de Fluorescncia de raios X (DEGEO/UFOP), pelas anlises

qumicas.

Prof. Anglica Varajo e tcnicos do Laboratrio de Difrao de raios X (DEGEO/UFOP),

pelas anlises mineralgicas.

Samarco e ao Eng. Jos Pedro, pelo fornecimento da amostra de minrio de ferro.

Monica Cassola e a Clariant, pelo fornecimento do reagente coletor.

A Capes pela concesso da bolsa de mestrado.

Ao DEMIN e ao PPGEM, pelas oportunidades de aprendizado oferecidas.

RESUMO

Este trabalho teve por objetivo investigar a influncia dos ctions Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

na

flotao catinica reversa de um minrio de ferro fornecido pela Samarco, Mina do Germano,

localizada em Mariana-MG. O minrio utilizado, cuja anlise mineralgica indicou a

predominncia dos minerais hematita, goethita e quartzo, contm 44,7% Fe e 31,8% SiO2.

Inicialmente realizaram-se ensaios preliminares de flotao em bancada utilizando amido e

ter monoamina, com o intuito de obter a melhor combinao de dosagens entre esses

reagentes que resultasse num concentrado com melhores teores e recuperaes. Para tal,

efetuou-se um planejamento estatstico fatorial dos experimentos, utilizando o software

Minitab 15. Foi obtido um concentrado com 64,5% Fe e 3,0% SiO2 e 90,1% de recuperao

de Fe, utilizando 400g/t de amido e 50g/t de amina. A utilizao de dosagens crescentes de

CaCl2 e MgCl2 aumentou gradativamente a recuperao em massa no concentrado (depresso

da ganga), diminuindo o teor de Fe e aumentando o de SiO2. Para a dosagem de 600g/t de

CaCl2 e de MgCl2 foram obtidos concentrados com teor em torno de 45% de Fe e 30% de

SiO2. Esse fenmeno foi atribudo formao e adsoro de hidroxi-complexos dos ctions

nas superfcies da ganga silicatada. No caso da adio de MnCl2, no foi verificada influncia

significativa, pois no valor de pH estudado (10,5), a espcie de mangans predominante o

Mn(OH)2, que se precipitou em meio aquoso. O emprego de EDTA (complexante) aps o

condicionamento da polpa com os ons Ca2+

e Mg2+

recuperou a seletividade e melhorou os

teores no concentrado, para valores similares aos encontrados nos ensaios sem a presena

desses ons. Os ensaios demonstraram a possibilidade da realizao de flotao catinica

reversa para minrios de ferro, cuja polpa contenha ons Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

provenientes da

dissoluo de minerais solveis presentes em minrios de ferro dolomticos, desde que os

ctions presentes na polpa sejam previamente complexados.

Palavras-chave: ons divalentes, flotao catinica, minrio de ferro, agentes complexantes.

ABSTRACT

This study aimed to investigate the influence of cations Ca2+

, Mg2+

and Mn2+

on reverse

cationic flotation of an iron ore supplied by Samarco, Germano Mine, located in Mariana-

MG. The ore used, which mineralogical analysis indicated the predominance of the minerals

hematite, goethite and quartz, had 44.7% Fe and 31.8% SiO2 contents. The preliminary batch

flotation tests were carried out using starch and amine, in order to obtain the best combination

of dosages between these reagents which resulted in a concentrated with better grades and

recoveries. With this purpose it was done a statistical factorial planning of experiments, using

the Minitab 15 software. It was obtained a concentrate with 64.5% Fe, 3.0% SiO2 and 90.1%

iron recovery, with starch 400g/t and amine 50g/t. The increase in dosages of CaCl2 and

MgCl2 gradually increased the mass recovery on the concentrate (gangue depression). For the

dosage of 600 g/t of both salts, the content of Fe decreased to 45% and the content of SiO2

increased to values around 30%. It was attributed to the formation and adsorption of hydroxy-

complex of these cations on the surfaces of gangue minerals. With the addition of MnCl2, it

was not found a great influence in the results, because at pH 10.5 the main species of

manganese was Mn(OH)2, which has precipitated in aqueous media. The use of EDTA

(complexing agent) after the conditioning of the pulp with the ions studied restored the

selectivity and the Fe contents in the concentrate had gotten to values similar to those found in

the tests without the presence of these ions. Based on this study it was demonstrated the

possibility of cationic reverse flotation for iron ores which pulp contains ions Ca2+

and Mg2+

from the dissolution of soluble minerals present in dolomitic iron ore, with previous

complexation of these cations present in pulp.

Keywords: divalent ions, cationic flotation, iron ore, complexing agents.

SUMRIO

1 INTRODUO ................................................................................................................ 12

2 JUSTIFICATIVA E RELEVNCIA ............................................................................... 13

3 OBJETIVOS ..................................................................................................................... 14

3.1 OBJETIVO GERAL .................................................................................................. 14

3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS .................................................................................... 14

4 REVISO BIBLIOGRFICA ......................................................................................... 15

4.1 FLOTAO DE MINRIO DE FERRO ................................................................. 15

4.1.1 Flotao aninica direta ...................................................................................... 15

4.1.2 Flotao aninica reversa ................................................................................... 19

4.1.3 Flotao catinica reversa .................................................................................. 19

4.2 INFLUNCIA DE CTIONS NA FLOTAO DE MINRIO DE FERRO ......... 22

4.3 AGENTES COMPLEXANTES ................................................................................ 27

5 MATERIAIS E MTODOS ............................................................................................. 34

5.1 CARACTERIZAO TECNOLGICA DA AMOSTRA DE MINRIO DE

FERRO ................................................................................................................................. 34

5.1.1 Anlise granulomtrica ....................................................................................... 34

5.1.2 Anlise mineralgica .......................................................................................... 34

5.1.3 Anlises qumicas ............................................................................................... 35

5.1.4 Propriedades fsicas ............................................................................................ 35

5.2 REAGENTES ............................................................................................................ 36

5.3 ENSAIOS DE FLOTAO EM ESCALA DE BANCADA ................................... 37

5.3.1 Ensaios preliminares com amido e amina .......................................................... 38

5.3.2 Ensaios com CaCl2, MgCl2, MnCl2, amido e amina .......................................... 39

5.3.3 Ensaios de complexao dos ctions Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

com EDTA ................ 39

5.3.4 Efeito do aumento da dosagem de coletor na presena de Ca2+

......................... 39

6 RESULTADOS E DISCUSSO ..................................................................................... 40

6.1 CARACTERIZAO TECNOLGICA DA AMOSTRA DE MINRIO DE

FERRO ................................................................................................................................. 40

6.1.1 Anlise granulomtrica ....................................................................................... 40

6.1.2 Anlise mineralgica .......................................................................................... 40

6.1.3 Anlises qumicas ............................................................................................... 41

6.1.4 Propriedades fsicas ............................................................................................ 42

6.2 ENSAIOS DE FLOTAO EM ESCALA DE BANCADA ................................... 43

6.2.1 Ensaios preliminares com amido e amina .......................................................... 43

6.2.2 Ensaios com CaCl2, MgCl2, MnCl2, amido e amina .......................................... 48

6.2.3 Ensaios de complexao dos ctions Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

com EDTA ................ 53


......................... 56

7 CONCLUSES ................................................................................................................ 58

REFERNCIAS BIBLIOGRFICAS ..................................................................................... 60

APNDICES ............................................................................................................................ 63

APNDICE A Anlise qumica completa da amostra global do minrio de ferro ....... 64

APNDICE B Balanos de massa e metalrgico dos ensaios de flotao em bancada 65

LISTA DE FIGURAS

Figura 1 Flotabilidade do mineral hematita, condicionado com fluorsilicato de sdio e

oleato de sdio, 50mg/L, em pH 7 e pH 9 (Nascimento, 2010). .............................................. 16

Figura 2 Flotabilidade do mineral quartzo, condicionado com fluorsilicato de sdio e oleato

de sdio, 70mg/L, em pH 7 e pH 9 (Nascimento, 2010). ......................................................... 17

Figura 3 Flotabilidade do mineral hematita, condicionado com hexametafosfato de sdio e


Figura 4 Flotabilidade do mineral quartzo, condicionado com hexametafosfato de sdio e


Figura 5 Influncia da dosagem de silicato de sdio na recuperao da hematita em pH 7 e

dosagem de oleato de sdio de 50mg/L (Arantes, 2012). ........................................................ 18

Figura 6 Influncia da dosagem de silicato de sdio na recuperao do quartzo em pH 7 e

dosagem de oleato de sdio de 50mg/L (Arantes, 2012). ........................................................ 19

Figura 7 Potencial zeta de hematita e quartzo em gua destilada em funo do pH (Lopes,

2009). ........................................................................................................................................ 22

Figura 8 Diagrama de especiao do clcio, para 1 x 10-3

M [Ca2+

] (Butler, 1964 apud

Fuerstenau et al., 1985)............................................................................................................. 23

Figura 9 Diagrama de especiao do magnsio, para 1 x 10-4

M [Mg2+


Fuerstenau et al., 1985)............................................................................................................. 24

Figura 10 Diagrama de especiao do mangans, para 1 x 10-4

M [Mn2+


Fuerstenau et al., 1985)............................................................................................................. 24

Figura 11 - Flotabilidade da hematita em gua e em soluo sobrenadante com ons oriundos

de dolomita com oleato de sdio (300g/t) em funo do pH (Costa, 2009). ............................ 25

Figura 12 - Flotabilidade do mineral hematita condicionado com cloreto de mangans (5 e

10mg/L), metassilicato de sdio (100mg/L) e oleato de sdio (50mg/L) em funo do pH

(Nascimento, 2010). ................................................................................................................. 26

Figura 13 - Flotabilidade do mineral quartzo condicionado com cloreto de mangans (5 e

10mg/L), metassilicato de sdio (100mg/L) e oleato de sdio (70mg/L) em funo do pH

(Nascimento, 2010). ................................................................................................................. 26

Figura 14 - Estrutura do EDTA (Skoog et al., 2006) ............................................................... 28

Figura 15 - Flotabilidade do quartzo, em funo da concentrao de EDTA, para 200 mg/L do

sal estudado (CaCl2, MgCl2 e MnCl2), 2,5 mg/L de amina, em pH 10,5 (Lelis, 2014). .......... 30

Figura 16 - Distribuio granulomtrica da amostra do minrio de ferro. ............................... 40

Figura 17 - Difratograma de raios X da amostra de minrio de ferro (amostra global). .......... 41

Figura 18 Grficos de Pareto referentes influncia das dosagens de amido e amina sobre as

variveis respostas: (a) recuperao de Fe, (b) teor de Fe, (c) teor de SiO2 e (d) I.S., para nvel

de confiana igual a 95%. ......................................................................................................... 44

Figura 19 Grficos dos efeitos principais referentes influncia das dosagens de amido e

amina sobre as variveis respostas: (a) recuperao metalrgica de Fe, (b) teor de Fe, (c) Teor

de SiO2 e (d) I.S., para nvel de confiana igual a 95%............................................................ 45

Figura 20 Grficos de interaes referentes influncia das dosagens de amido e amina

sobre as variveis respostas: (a) recuperao de Fe, (b) teor de Fe, (c) teor de SiO2 e (d) I.S.,

para nvel de confiana igual a 95%. ........................................................................................ 46

Figura 21 Grficos de cubo referentes influncia das dosagens de amido e amina sobre as

variveis respostas: (a) recuperao metalrgica de Fe, (b) teor de Fe, (c) teor de SiO2 e (d)

I.S., para nvel de confiana igual a 95%. ................................................................................ 47

Figura 22 Condio otimizada para a flotao de minrio de ferro utilizando amido e amina.

.................................................................................................................................................. 48

Figura 23 Recuperao mssica em funo da dosagem dos ctions Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

,

utilizados nos ensaios de flotao. Demais condies: 400g/t amido, 50g/t amina, flotao em

pH 10,5. .................................................................................................................................... 49

Figura 24 Recuperao metalrgica de Fe no concentrado para cada dosagem do cloreto

utilizado. Demais condies: 400g/t amido, 50g/t amina, flotao em pH 10,5. ..................... 50

Figura 25 Teores de Fe (coluna azul) e de SiO2 (coluna vermelha) nos concentrados obtidos

nos ensaios de flotao utilizando (a) CaCl2 , (b) MgCl2 e (c) MnCl2, nas dosagens de 0 a

2400g/t. Demais condies: 400g/t amido, 50g/t amina, flotao em pH 10,5. ....................... 52

Figura 26 Recuperao em massa no concentrado em funo da dosagem de EDTA para os

trs sais estudados nas suas respectivas dosagens. Demais condies: 400g/t amido, 50g/t

amina, flotao em pH 10,5. ..................................................................................................... 53

Figura 27 Teor de Fe, recuperao metalrgica de Fe e teor de SiO2 no concentrado, em

funo da dosagem de EDTA. Dosagem de CaCl2: 300g/t. Demais condies: 400g/t amido,

50g/t amina, flotao em pH 10,5............................................................................................. 54


funo da dosagem de EDTA. Dosagem de MgCl2: 300g/t. Demais condies: 400g/t amido,



funo da dosagem de EDTA. Dosagem de MnCl2: 600g/t. Demais condies: 400g/t amido,


Figura 30 Recuperao em massa no concentrado em funo da dosagem de amina. CaCl2:

300g/t, amido: 400g/t, flotao em pH 10,5. ............................................................................ 56

Figura 31 Teor e recuperao metalrgica de Fe no concentrado, em funo da dosagem de

amina. CaCl2: 300g/t, amido: 400g/t, flotao em pH 10,5...................................................... 57

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 - Constantes de formao dos complexos de EDTA. ................................................ 29

Tabela 2- Planejamento dos experimentos dos ensaios preliminares de flotao catinica

reversa em bancada com amido e amina. ................................................................................. 38

Tabela 3 - Fases minerais identificadas, por faixa granulomtrica e para a amostra global do

minrio de ferro. ....................................................................................................................... 41

Tabela 4 Anlise granuloqumica da amostra de minrio de ferro: % retido simples, teor e

distribuio dos principais elementos e compostos e perda por calcinao (PPC, %). ............ 42

Tabela 5 Dados brutos do planejamento estatstico dos experimentos preliminares de

flotao. .................................................................................................................................... 43

Tabela 6 Teor e recuperao de Fe e teor de SiO2 obtido no ensaio de flotao sem e com o

uso de cloreto de mangans (600g/t), com 400g/t de amido e 50g/t de amina. ........................ 51

12

1 INTRODUO

Os mtodos de concentrao de minrios de ferro aplicados industrialmente so a

concentrao gravtica, magntica (baixa e alta intensidade) e flotao. A escolha do mtodo

de concentrao para um determinado minrio depende, dentre outros fatores, das

propriedades fsicas, mineralgicas e granulometria de liberao dos minerais-minrio de

ferro em relao aos minerais de ganga.

Historicamente, por volta de 1930 iniciaram-se as pesquisas visando ao desenvolvimento da

flotao de minrio de ferro, que foram limitadas para minrios contendo ganga silicosa, pois

era o tipo mais abundante existente na poca. As primeiras aplicaes industriais da flotao

ocorreram a partir da dcada de 1950. O desenvolvimento desta tecnologia foi, at a dcada

de 1960, essencialmente norte americano. Devido s peculiaridades dos diversos minrios, a

mesma passou a ser estudada e modificada por pesquisadores de outros pases. No entanto,

ainda h desafios e questes a serem estudadas e esclarecidas, visando dar suporte e opes

para o tratamento de minrios de ferro de baixos teores e mineralogia complexa. Tais questes

envolvem, entre outros aspectos, os reagentes de flotao (tipo, dosagem, combinao de

reagentes) que conduzam maior eficincia no processo (Houot, 1983).

A exigncia por concentrados de minrios de ferro de alto teor, para melhorar a produtividade

das indstrias siderrgicas, tem alavancado estudos visando melhoria dos processos e, nesse

contexto, aumentado a importncia da flotao, frente aos mtodos de concentrao gravticos

e magnticos (Houot, 1983).

13

2 JUSTIFICATIVA E RELEVNCIA

A necessidade de se lavrarem minrios complexos e cada vez mais pobres justifica a busca

pelo aperfeioamento e melhora de rotas j existentes para o tratamento de minrios e

aplicao de reagentes adequados flotao, que reflitam numa maior recuperao na flotao

e a obteno de concentrados com teores adequados para a indstria siderrgica. A escolha da

tcnica de concentrao de minrio de ferro tambm deve levar em considerao as

caractersticas mineralgicas dos mesmos.

Existe na literatura relatos sobre flotao direta (uso de coletores aninicos) e inversa de

minrio de ferro, que pode ser aninica ou catinica. Na flotao catinica reversa (pH 10 a

10,5), emprega-se o amido de milho, farelo de mandioca e outros como depressor dos

minerais de ferro. A flotao inversa catinica a rota mais utilizada. Porm, para minrios

dolomticos e de menores teores, a seletividade da mesma baixa. Logo, estudos de flotao

aninica direta e reversa devem ser testados, visando ao aproveitamento destes minrios,

considerados marginais.

Na flotao direta, os reagentes mais utilizados so os cidos graxos saponificados. No

entanto, ainda esto sendo efetuados estudos para determinao de depressores que conduzam

separao seletiva entre os minerais de ferro e a ganga silicatada (Arajo et al., 2005).

Em meio a tantos aspectos mencionados quanto importncia e vantagens da flotao

aplicada a minrios de ferro, torna-se claro a relevncia da realizao deste, e de outros

trabalhos, buscando alternativas para a flotao de minrios pobres ou complexos, pelo

aprimoramento e adaptao da flotao catinica reversa para polpas contendo ons

bivalentes, como Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

.

14

3 OBJETIVOS

Os objetivos, geral e especficos, deste trabalho podem ser destacados como segue.

3.1 OBJETIVO GERAL

Realizar estudos em escala de bancada com uma amostra de minrio de ferro, visando avaliar

os efeitos dos ons metlicos bivalentes Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

na flotao catinica reversa de

minrio de ferro e o uso de agente complexante destes ons.

3.2 OBJETIVOS ESPECFICOS

Os objetivos especficos deste trabalho incluem:

- Caracterizar o minrio de ferro, mediante anlise granulomtrica, anlise qumica e anlise

mineralgica;

- Investigar as dosagens timas de amido e amina na concentrao do minrio estudado por

flotao catinica reversa;

- Efetuar ensaios com dosagens crescentes dos ctions (Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

) para as condies

timas de coletor e depressor previamente determinadas;

- Utilizar EDTA como agente complexante dos ons estudados.

15

4 REVISO BIBLIOGRFICA

4.1 FLOTAO DE MINRIO DE FERRO

Para concentrao de minrios de ferro por flotao, as seguintes rotas so utilizadas

sucessivamente: (a) flotao aninica direta dos minerais de ferro, (b) flotao aninica

reversa de slica ativada e (c) flotao catinica reversa de slica (Houot, 1983; Araujo et al.,

2005).

4.1.1 Flotao aninica direta

Na flotao aninica direta de minrio de ferro so utilizados coletores aninicos como o

sulfonato de petrleo, cidos graxos (mediante deslamagem abaixo de 15m,

condicionamento em polpa espessa com 70% de slidos, para alta recuperao com um

mnimo de coletor) e hidroxamato (Houot, 1983).

Segundo Araujo et al. (2005), a flotao aninica direta de minrio de ferro parece ser uma

alternativa interessante e vivel principalmente para a concentrao de minrios de baixo teor,

utilizando cidos graxos como agente coletor, mas a depresso dos minerais de ganga ainda

um obstculo a ser superado.

Lopes (2009), por meio de ensaios de microflotao em tubo de Hallimond modificado com

amostras minerais puras (hematita e quartzo), verificou que as condies de mxima

flotabilidade da hematita com os coletores oleato de sdio e hidroxamato de sdio foram

obtidas em pH 7 e em pH 4 para o sulfonato de sdio. Para o quartzo, a mxima flotabilidade

foi obtida em pH 9 com oleato de sdio, pH 10 com hidroxamato de sdio e pH 5 com

sulfonato de sdio. Posteriormente, verificou-se que metassilicato de sdio (dosagens testadas

at 20g/L) mostrou-se mais efetivo na depresso da hematita (50mg/L de oleato de sdio, pH

7) em comparao ao quartzo (70mg/L de oleato de sdio, pH 9), esse resultado foi

confirmado por Nascimento (2010). Em ensaios de flotao em bancada com uma amostra de

minrio de ferro (35,34% Fe e 48,02% SiO2) com o mesmo sistema de reagentes utilizados na

16

microflotao, Lopes (2009) alcanou os melhores resultados nas seguintes condies

(coletor/depressor):

- Oleato de sdio (1200g/t)/ metassilicato de sdio (600g/t), pH 7: Concentrado contendo

14,4% SiO2 e 58,08% Fe, com uma recuperao de Fe de 88%.

- Hidroxamato de sdio (1200g/t)/ metassilicato de sdio (1500g/t), pH 7: Concentrado

contendo 9,78% SiO2 e 61,5% Fe , com uma recuperao de Fe de 77,9%.

- Sulfonato de sdio (1200g/t)/ metassilicato de sdio (2100g/t), pH 4: Concentrado contendo

13,27% SiO2 e 57,9% Fe, com uma recuperao de Fe de 89,9%.

Nascimento (2010) estudou a influncia dos depressores fluorsilicato de sdio,

hexametafosfato de sdio, amido, dextrina e quebracho sobre a flotabilidade da hematita e

quartzo com oleato de sdio em pH 7 e 9. O fluorsilicato de sdio mostrou-se mais efetivo na

depresso do quartzo em relao hematita para o valor de pH 7 na dosagem de 100mg/L, ver

Figuras 1 e 2.

Figura 1 Flotabilidade do mineral hematita, condicionado com fluorsilicato de sdio e oleato de sdio, 50mg/L,

em pH 7 e pH 9 (Nascimento, 2010).

O hexametafosfato de sdio no conduziu a nenhuma seletividade entre os minerais, pois

deprimiu ambos, em maior ou menor intensidade, de acordo com o pH analisado (7 ou 9) e

com as concentraes estudadas, conforme apresentado nas Figuras 3 e 4 (Nascimento, 2010).

17

Figura 2 Flotabilidade do mineral quartzo, condicionado com fluorsilicato de sdio e oleato de sdio, 70mg/L,

em pH 7 e pH 9 (Nascimento, 2010).

Figura 3 Flotabilidade do mineral hematita, condicionado com hexametafosfato de sdio e oleato de sdio,

50mg/L, em pH 7 e pH 9 (Nascimento, 2010).

Figura 4 Flotabilidade do mineral quartzo, condicionado com hexametafosfato de sdio e oleato de sdio,

70mg/L, em pH 7 e pH 9 (Nascimento, 2010).

18

Arantes (2012) realizou testes de microflotao com os minerais hematita e quartzo usando os

coletores oleato de sdio e hidroxamato de sdio com os depressores silicato de sdio e

fluorsilicato de sdio, em pH 7. Para o hidroxamato (60mg/L) com fluorsilicato, no foi

obtida seletividade satisfatria, em funo da variao da dosagem do depressor, pois ambos

os minerais tiveram recuperao da ordem de 90%. No caso do silicato de sdio (com

hidroxamato de sdio) o autor notou depresso ligeiramente superior da hematita (ordem de

70% de flotabilidade) em relao ao quartzo (ordem de 90% de flotabilidade), em funo da

dosagem do depressor, o que ainda no satisfatrio para a separao dos minerais. Para o

oleato de sdio (50mg/L) e silicato de sdio (de diferentes mdulos) foram obtidos os

melhores resultados, com recuperao de hematita superior a 90%, variando-se a dosagem do

silicato de sdio. Ou seja, maiores recuperaes de hematita e as menores recuperaes de

quartzo, o que torna este sistema o mais adequado para a flotao direta de minrio de ferro.

As Figuras 5 e 6 apresentam o efeito da variao da dosagem de silicato de sdio (depressor)

sobre a recuperao (flotabilidade) dos minerais hematita e quartzo, respectivamente, para a

50mg/L de oleato de sdio (coletor).

Figura 5 Influncia da dosagem de silicato de sdio na recuperao da hematita em pH 7 e dosagem de oleato

de sdio de 50mg/L (Arantes, 2012).

19

Figura 6 Influncia da dosagem de silicato de sdio na recuperao do quartzo em pH 7 e dosagem de oleato

de sdio de 50mg/L (Arantes, 2012).

4.1.2 Flotao aninica reversa

Na dcada de 1960 foi aplicada a flotao aninica reversa dos silicatos presentes num

minrio de ferro de baixo teor (taconito, 39% Fe), usando coletor aninico (Acintol FA2, um

cido graxo, 720g/t), cloreto de clcio (765g/t) como ativador do quartzo e dextrina (1,1kg/t)

como depressor dos minerais de ferro, em pH 11,5. O processo foi bem sucedido, resultando

num concentrado com 60,3% Fe, 6% SiO2 e 90,5% de recuperao de Fe, porm o elevado

custo de reagentes ainda um empecilho para a adoo desta rota em escala industrial

(Filippov et al., 2014; Houot, 1983).

A flotao aninica reversa apresenta como grande vantagem a menor sensibilidade quanto

presena de finos, o que dispensa operaes de deslamagem, afirmao essa suportada pela

prtica desse procedimento pelas usinas/plantas de beneficiamento de minrio de ferro da

China (Ma et al., 2011).

4.1.3 Flotao catinica reversa

Na flotao de silicatos por reagentes catinicos, o princpio similar ao da flotao aninica,

diferindo da anterior pelos tipos de reagentes utilizados como agente coletor (reagente

pertencente ao grupo das aminas), normalmente sem a necessidade de se utilizar um ativador.

20

Sua principal vantagem a maior taxa de flotao e melhores resultados para minrios com

granulometria superior a 210m, porm a seletividade fica prejudicada quando utilizada para

flotao de finos (-10m), necessitando de uma etapa de deslamagem, o que ocasiona perda

de metal durante estas operaes (Filippov et al., 2014; Ma et al., 2011 Houot, 1983).

Segundo o modelo de adsoro proposto por Gaudin-Fuersternau-Somasundaran, os ctions

da amina, abaixo da concentrao micelar crtica (cmc), se adsorvem na superfcie dos xidos

ou silicatos negativamente carregados, por meio de foras eletrostticas ou hidrofbicas

(mecanismo de adsoro fsica). Numa certa concentrao de amina (concentrao

hemimicelar crtica) formam-se agregados dos ctions de amina (hemimicelas) na interface

slido/lquido (Gaudin e Fuerstenau, 1955; Somasundaran e Fuerstenau, 1966 apud Filippov

et al., 2014).

O uso de aminas primrias na flotao de minrio de ferro foi substitudo pelas eteraminas,

RO(CH2)3NH2, o que trouxe benefcios para a eficincia da flotao catinica reversa,

como maior solubilidade do reagente em gua, alm de menor sensibilidade variaes de pH

e presena de lamas nos circuitos de flotao, em comparao com as aminas alifticas

primrias (Filippov et al., 2014; Araujo et al., 2005).

O uso de sistemas de coletores mistos (mistura de coletores catinicos, aninicos, surfactantes

no inicos) tem sido sugerido para melhorar os resultados na flotao. Tal ideia embasada

pela co-adsoro do coletor aninico na superfcie do silicato, atravs de interaes

hidrocarbnicas (Filippov et al., 2010 apud Filippov et al., 2014).

Peres e Correa (1996) realizaram uma breve reviso da literatura sobre o amido de milho e

sua funo depressora dos xidos de ferro. A maioria dos amidos constituda de dois

compostos de composio qumica similar e diferentes estruturas: a amilose e amilopectina,

polmeros de cadeia linear e ramificada, respectivamente. O chamado amido de milho no

modificado tem uma elevada massa molecular (acima de 300.000), cuja determinao em

geral difcil, pelo fato do mesmo ser constitudo de dois compostos de diferentes estrutura e

massa molecular. So molculas altamente hidroflicas, devido presena de vrios grupos

OH-, sendo tambm capazes de agir como floculante para as partculas minerais em

suspenso.

21

O amido pode ser extrado de vrias espcies vegetais, como milho, mandioca, batata, trigo,

arroz, entre outras, sendo o amido de milho o mais utilizado na indstria mineral (no Brasil

seu uso conhecido desde 1978). O uso de amido de mandioca tambm interessante, pois

depois de gelatinizado possui maior viscosidade, maior massa molecular e maior ao

depressora, alm de proporcionar a obteno de um amido com menor teor de leos e

protenas (maior frao de amilopectina e amilose), o que previne o risco de supresso da

espuma (Araujo et al., 2005).

O amido de milho pode ser modificado pela ao da temperatura, hidrlise cida ou enzimas,

sendo convertido em dextrina, uma estrutura ainda hidroflica, mas com menor tamanho de

cadeia, de menor efeito floculante. Quando a ao floculante no prejudicial ou mesmo

desejada, o amido convencional (no modificado) utilizado. Quando desejado um elevado

grau de disperso das partculas da polpa, usa-se preferencialmente a dextrina ( solvel em

gua fria), ao passo que o amido no modificado necessita de gelatinizao para se tornar

solvel em gua. A gelatinizao pode ser por aquecimento de uma suspenso de amido em

gua (causa enfraquecimento das ligaes de hidrognio) ou adio de lcali forte, como a

soda custica (Peres e Correa, 1996).

Segundo Araujo et al. (2005), a zena, a protena de milho mais abundante, um depressor de

hematita to eficiente como a amilopectina e o amido de milho convencional. A melhor

proporo amido:amina para a depresso dos minerais de ferro de 2:1 (Peres e Correa,

1996).

Os xidos de ferro so deprimidos por amido e derivados, os quais reagem de trs maneiras:

(1) por hidrofilizao das superfcies papel essencial da amilopectina; (2) pela maior

afinidade pelos xidos de ferro do que pelo quartzo e (3) pela interao da amilose com o

coletor (Houot, 1983).

Entre os depressores de outras fontes, a carboximetilcelulose, CMC, uma alternativa que

tem sido testada em vrias pesquisas. Testes de flotao de minrio de ferro utilizando

diferentes tipos de CMC (variando-se o grau de substituio e a massa molecular) mostraram

que, em geral, o concentrado possui menor teor de slica, mas a recuperao de ferro diminui

(o teor de ferro no rejeito aumenta ligeiramente), quando comparados com a flotao

utilizando amido (Viana e Araujo, 2003 apud Araujo et al., 2005).

22

Houot (1983) cita o uso de espumantes, como lcoois e polipropileno glicol, na flotao

reversa de minrio de ferro nos EUA, mas o uso de espumantes no uma prtica comum no

Brasil, pois normalmente a flotao realizada numa faixa de pH que estabiliza ambas as

espcies da amina, a catinica e a molecular, tornado possvel que a espcie catinica atue

como coletor e a espcie molecular como espumante (Araujo et al., 2005).

A adio de reagente molecular, como o caso de alcois, substituindo parcialmente a

dosagem de amina causa um aumento expressivo na recuperao e seletividade na flotao de

minrio de ferro (Araujo et al., 2005; Houot, 1983).

4.2 INFLUNCIA DE CTIONS NA FLOTAO DE MINRIO DE FERRO

Ctions polivalentes e seus hidroxi-complexos passveis de serem formados adsorvem-se na

superfcie dos minerais, modificando sua carga superficial e, com isso, interferindo na ao

dos reagentes de flotao nas espcies minerais presentes.

A Figura 7 apresenta o potencial zeta dos minerais hematita e quartzo, condicionados em gua

destilada, em funo dp pH.

Figura 7 Potencial zeta de hematita e quartzo em gua destilada em funo do pH (Lopes, 2009).

23

Como pode ser observado pela Figura 7, os pontos isoeltricos do quartzo e da hematita

ocorrem, respectivamente, em pH 1,8 e pH 7 (Lopes, 2009). Logo, os ctions presentes na

polpa sero atrados pelas superfcies dos mesmos para valores de pH acima de seus pontos

isoeltricos. Como a carga superficial negativa do quartzo maior do que a carga superficial

da hematita, presume-se que a atrao eletrosttica entre o quartzo e os ctions polivalentes

em meio aquoso ser maior do que da hematita.

As Figuras 8 a 10 apresentam o diagrama de distribuio de espcies para o clcio, magnsio

e mangans. Tais diagramas so importantes para a previso das espcies presentes em um

sistema aquoso em funo do pH e, com isso, sua influncia nos sistemas de flotao.

Figura 8 Diagrama de especiao do clcio, para 1 x 10-3

M [Ca2+

] (Butler, 1964 apud Fuerstenau et al., 1985).

Analisando os diagramas de distribuio de espcies apresentados, pode-se inferir a partir de

qual faixa de pH ocorre formao de hidroxi-complexos e precipitao de hidrxidos dos

ctions, devendo esta condio ser evitada nos processos de flotao. De maneira geral, para

os ctions Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

, a formao destas espcies ocorre a partir do pH 8

24

Figura 9 Diagrama de especiao do magnsio, para 1 x 10-4

M [Mg2+

] (Butler, 1964 apud Fuerstenau et al.,

1985).

Figura 10 Diagrama de especiao do mangans, para 1 x 10-4

M [Mn2+

] (Butler, 1964 apud Fuerstenau et al.,

1985).

Scott e Smith (1993) estudaram o efeito da presena de ons de clcio na flotao de quartzo e

magnetita, utilizando amina (N-alquil 1,3diaminopropano) como coletor. Foram efetuados

ensaios com grupos alquil com cadeia de 8, 12 e 16 carbonos em estudo comparativo na

presena e na ausncia de CaCl2 (0,1mol/L). Os autores concluram que, nas condies

estudadas, o on Ca2+

funciona como um depressor para ambos os minerais. O efeito

depressor foi maior para o quartzo em relao magnetita e para menores dosagens de

coletor. Eles citam ainda o efeito depressor de ons bivalentes maior em relao aos

25

monovalentes. Quanto ao comprimento da cadeia carbnica, os autores relatam melhores

resultados para ensaios realizados com amina de maiores cadeia carbnica. Atenta-se, no

entanto, para o fato de que o tipo e mineralogia de cada minrio pode interferir nesse

comportamento.

Costa (2009) efetuou ensaios de microflotao dos minerais quartzo, hematita e dolomita com

oleato de sdio em funo do pH. Nestes estudos foi obtida quase 90% de recuperao de

hematita para valores de pH 6 e 7 para a dosagem de 300g/t de oleato de sdio. Para hematita

condicionada com gua proveniente da dissoluo da dolomita houve queda notvel da

flotabilidade da hematita na presena dos ons Ca2+

e Mg2+

em comparao com a flotao

realizada com gua destilada mais o coletor, veja Figura 11.

Figura 11 - Flotabilidade da hematita em gua e em soluo sobrenadante com ons oriundos de dolomita com

oleato de sdio (300g/t) em funo do pH (Costa, 2009).

Carvalho (2003) realizou estudos em escala de bancada para avaliar a influncia dos ons de

clcio, provenientes da adio de cal hidratada para ajuste de pH, na flotao de minrio de

ferro da planta da Samarco, unidade Germano, Mariana-MG. Para tal, utilizou 400g/t de

amido e 33g/t de amina, numa polpa com pH ajustado para o valor 10. O autor verificou que

houve aumento da recuperao com o aumento da dosagem de cal, porm o teor de SiO2 no

concentrado tambm aumentou, possivelmente devido adsoro dos ons Ca2+

nas

superfcies da ganga silicatada, prejudicando a ao coletora da amina.

Nascimento (2010) estudou o efeito da adio de sais portadores dos ctions polivalentes

Ca2+

, Fe2+

, Mn2+

e Al3+

na flotabilidade dos minerais hematita e quartzo com oleato de sdio e

26

metassilicato de sdio. Os testes de microflotao utilizando CaCl2 (50 e 100mg/L) indicaram

que houve depresso da hematita (flotabilidade diminuiu de 25% para valores inferiores a

10%) e do quartzo (depresso menos acentuada). No entanto, para valores de pH maiores que

11 ocorreu aumento da flotabilidade, fato inferido pela autora formao e maior adsoro da

espcie CaOH+ sobre a superfcie do quartzo nestes valores de pH. Nos testes de

microflotao utilizando MnCl2 (5 e 10mg/L) a autora verificou uma tendncia do cloreto de

mangans em deprimir o quartzo em toda a faixa de pH analisada, conforme ilustrado na

Figura 13. Foi observada uma janela de seletividade para a separao dos minerais em pH 7,

para 5mg/L do sal, conforme as Figuras 12 e 13. Nessas condies, a recuperao de quartzo e

hematita foi, respectivamente, 73% e 15%.

Figura 12 - Flotabilidade do mineral hematita condicionado com cloreto de mangans (5 e 10mg/L),

metassilicato de sdio (100mg/L) e oleato de sdio (50mg/L) em funo do pH (Nascimento, 2010).

Figura 13 - Flotabilidade do mineral quartzo condicionado com cloreto de mangans (5 e 10mg/L), metassilicato

de sdio (100mg/L) e oleato de sdio (70mg/L) em funo do pH (Nascimento, 2010).

27

Scott e Smith (1991,1992) relataram em seus trabalhos que um aumento na fora inica,

provocado pela presena do sal NaCl, tende a diminuir a flotabilidade dos minerais (quartzo e

magnetita), podendo levar a uma menor seletividade na flotao. Segundo os autores, o uso de

0,6mol/L NaCl reduziu a flotabilidade do quartzo. Eles atriburam essa reduo adsoro de

Na+ na superfcie do quartzo, diminuindo o potencial eletrosttico em sua superfcie. (Com a

reduo da concentrao de amina adsorvida na superfcie mineral, vem uma reduo na

flotabilidade). A presena deste eletrlito aumentou a fora inica da soluo. Associa-se,

portanto, esses efeitos na flotao ao aumento da fora inica do meio.

4.3 AGENTES COMPLEXANTES

A maioria dos ons metlicos reage com doadores de pares de eltrons para formar compostos

de coordenao ou complexos. As espcies doadoras ou ligantes formam uma ligao

covalente com o ction ou tomo metlico neutro. Esses ligantes ou complexantes podem ser

orgnicos ou inorgnicos, como a amnia, os ons haleto e a gua. A maioria dos ons

metlicos em soluo aquosa no permanece na forma de ons simples (Mn+

), existe, na

verdade, na forma de complexos aquosos, ou aquocomplexos, representados pela frmula

[M(H2O)m]n+

. Assim, ons metlicos hidratados so ons complexos nos quais o ligante a

gua. O ction Fe3+

(aq), por exemplo, consiste em grande parte em [Fe(H2O)6]3+ (Lavorenti,

2002; Brown et al., 2005; Skoog et al., 2006).

Segundo Lavorenti (2002), um complexo, ou composto de coordenao, o produto de uma

reao entre um cido de Lewis (espcie receptora de eltrons) e uma base de Lewis (espcie

doadora de eltrons). Complexos consistem de um nico tomo metlico central ou on (cido

de Lewis), ao qual esto ligados vrias molculas ou nions (bases de Lewis), denominados

ligantes (Masterton et al., 1990; Shriver e Atkins, 2008).

O emprego de substncias capazes de formar complexos com ons metlicos em funo de

uma afinidade e seletividade para determinados ctions metlicos a chave para o processo

de complexao. Tais compostos complexantes, tambm chamados de ionforos

(transportadores de ons) so substncias orgnicas que possuem eltrons livres que atraem,

28

pela ao de foras eletrostticas, os ons positivos (ctions) levando a formao do complexo

(Lin e Neto, 1998).

Se o complexo possui uma carga lquida, geralmente chamado de on complexo. Assim, um

composto formado por um on metlico e bases de Lewis ligadas a ele, como por exemplo, o

Ag(NH3)2+, um on complexo (Brown et al., 2005).

Um agente complexante ou quelante um ligante cuja estrutura possui tomos com pares de

eltrons no compartilhados em ligaes qumicas primrias, que iro atrair eletrostaticamente

ctions metlicos. O EDTA (cido etilenodiamino tetractico, um composto branco, solvel

em gua) um importante agente complexante, capaz de formar complexos muito estveis

com ons metlicos. O EDTA (Figura 14) possui alta capacidade de complexar metais,

responsvel pelo seu uso como conservante alimentcio e de amostras biolgicas (ele impede

reaes de oxidao desativando ou mesmo removendo ons metlicos presentes, sendo por

isso chamado de agente sequestrante), alm de ser muito utilizado como titulante

complexomtrico (Skoog et al., 2006; Lerner e Lerner, 2004).

Figura 14 - Estrutura do EDTA (Skoog et al., 2006)

A complexao pelo EDTA ocorre devido sua capacidade de formar mltiplas ligaes com

ons metlicos, atravs de seis posies (seis pares de eltrons no ligados), sendo por isso

chamado de ligante hexadentado (ligante multidentado ou quelante). Tais posies referem-se

a quatro nions carboxilato (COO

) (aps a sada dos 4H+

do composto carboxlico) e a dois

tomos de N da estrutura. Os produtos obtidos so ditos quelatos, que so compostos

organometlicos cclicos no qual o metal parte de um ou mais anis com cinco ou seis

membros ou, de outra maneira, so complexos formados por ligantes polidentados (Skoog et

al., 2006; Lerner e Lerner, 2004; Marabini et al., 2007).

29

As constantes de equilbrio para as reaes de formao de complexos so usualmente escritas

como constantes de formao (Kf). Assim, para a reao de complexao representada a

seguir, tem-se:

Mn+

+ Y4-

MY(n-4)+

(01)

[ MY(n-4)+

]

KMY = ------------------

[ Mn+

] [ Y4-

]

A Tabela 1 apresenta as constantes de formao KMY para os complexos de EDTA mais

comuns. As constantes referem-se ao equilbrio que envolve as espcies completamente no

protonadas Y4-

com o on metlico (Skoog et al., 2006).

Tabela 1 - Constantes de formao dos complexos de EDTA.

*As constantes so vlidas a 20 C e em fora inica de 0,1M. (Adaptado de Skoog et al., 2006).

O elevado valor de Kf, superior a 105, significa que a reao direta virtualmente completa

(pouca tendncia de ocorrncia da reao inversa) e o produto formado estvel. As

estabilidades de diferentes complexos do mesmo on metlico esto diretamente relacionadas

com suas constantes de formao (quanto maior o valor de Kf, mais estvel o complexo)

(Masterton et al., 1990; Lavorenti, 2002).

A seletividade de um ligante em relao a um on metlico sobre outros se refere

estabilidade dos complexos formados, e a estabilidade do complexo formado pode ser julgada

pela magnitude da constante de equilbrio para sua formao. Quanto maior for a constante de

formao do complexo metal-ligante, melhor a seletividade do ligante para o metal quando

30

comparada aos complexos semelhantes formados com outros metais (Brown et al., 2005;

Skoog et al., 2006).

Analisando a Tabela 1, observa-se uma maior constante de formao do complexo de EDTA

com o on Mn2+

em relao ao Ca2+

e Mg2+

, indicando que o EDTA possui maior afinidade e

seletividade em relao ao Mn2+

, formando um complexo mais estvel que o de Mg2+

.

Para que a complexao dos ctions metlicos seja bem sucedida, a mesma tem que ocorrer

antes que tais ctions formem hidroxi-complexos, o que fortemente prejudica o processo de

flotao reversa, pois os mesmos adsorvem-se na superfcie dos minerais, impedindo a ao

coletora da amina.

Lelis (2014) observou a reduo na flotabilidade dos minerais hematita e quartzo

condicionados com CaCl2, MgCl2 e MnCl2. O uso de EDTA como agente complexante

restabeleceu a flotabilidade dos minerais. Veja exemplo do quartzo apresentado na Figura 15.

Figura 15 - Flotabilidade do quartzo, em funo da concentrao de EDTA, para 200 mg/L do sal estudado

(CaCl2, MgCl2 e MnCl2), 2,5 mg/L de amina, em pH 10,5 (Lelis, 2014).

Para a concentrao de 400mg/L de EDTA, a recuperao (flotabilidade) de quartzo alcanou

valores superiores a 95% para o mineral condicionado com cloreto de clcio. A concentrao

de 600g/t de EDTA foi suficiente para atingir recuperaes superiores a 85% e 95% , quando

condicionado com os cloretos de magnsio e de mangans, respectivamente (Lelis, 2014).

31

Lavorenti (2002) fez uma anlise do efeito do pH nas reaes de complexao (equilbrio

metal-complexo), brevemente apresentada na sequncia. Os agentes complexantes (ligantes)

so bases de Lewis e tambm de Brnsted (espcies capazes de doar eltrons/ receber prtons,

respectivamente), consequentemente sofrero infuncia do pH. Os ons de hidrognio

competem com os ons metlicos na complexao.

Conforme j mencionado, a formao de um complexo pode ser descrita pela equao/

reao, apresentada juntamente com a sua expresso de equilbrio:

Mn+

+ HyLy-m

MLn-m

+ yH+ (02)

[ MLn-m

] [ H+ ]

y

K = ----------------------

[ Mn+

] [ HyLy-m

]

Como resultado da tendncia a reagir com os prtons que os ons ligantes L apresentam, a

formao do complexo depende do pH. medida que o pH diminui (aumenta a concentrao

de H+) o equilbrio da reao se desloca para a esquerda, diminuindo a formao do complexo

MLn-m

para que a constante de equilbrio (ou de formao, Kf) permanea constante

(Lavorenti, 2002).

As propriedades do EDTA se assemelham as de um cido tetraprtico fraco (H4Y), conforme

reaes de equilbrio abaixo:

H4Y H+ + H3Y

- (03)

[ H+ ] [ H3Y

- ]

Ka1 = -------------------- = 1,0 x 10-2

[ H4Y ]

H3Y- H

+ + H2Y

2- (04)

[ H+ ] [ H2Y

2- ]

Ka2 = --------------------- = 2,1 x 10-3

[ H3Y- ]

32

H2Y2-

H+ + HY

3- (05)

[ H+ ] [ HY

3- ]

Ka3 = --------------------- = 6,9 x 10-7

[ H2Y2-

]

HY3-

H+ + Y

4- (06)

[ H+ ] [ Y

4- ]

Ka4 = --------------------- = 5,5 x 10-11

[ HY3-

]

Combinando-se por multiplicao, todas as equaes acima, obtm-se:

H4Y 4H+

+ Y4-

(07)

[ H+ ]

4 [ Y

4- ]

KEDTA = ----------------------

[ H4Y ]

Ou, alternativamente, KEDTA = Ka1 x Ka2 x Ka3 x Ka4 = 7,97 x 10-22

, onde KEDTA a constante

de equilbrio do EDTA.

Portanto, em meio aquoso, o EDTA ioniza-se produzindo quatro espcies aninicas (H3Y-;

H2Y2-

; HY3-

; Y4-

).

Em funo do valor do pH as seguintes espcies de EDTA so predominantes:

pH < 1 H4Y

pH 1-3 H3Y-

pH 3-6 H2Y2-

pH 7-10 H3Y3-

pH > 10 Y4-

33

Para valores de pH abaixo de 10, predominam as espcies protonadas de EDTA. Da se

conclui que o on H+ da soluo compete com o on metlico para se ligar aos nions ligantes,

conforme o pH da soluo.

34

5 MATERIAIS E MTODOS

A amostra de minrio de ferro utilizada nos ensaios de flotao em bancada foi fornecida pela

Samarco Minerao S.A., Mina do Germano, Mariana-MG. Foram fornecidos cerca de 450kg,

provenientes da alimentao da flotao convencional. A mesma foi secada, homogeneizada e

quarteada, para a obteno das alquotas, que foram utilizadas nas etapas de caracterizao

tecnolgica (anlises granulomtrica, qumica e mineralgica) e nos ensaios de flotao.

5.1 CARACTERIZAO TECNOLGICA DA AMOSTRA DE MINRIO DE FERRO

5.1.1 Anlise granulomtrica

O minrio de ferro foi submetido a uma anlise granulomtrica por peneiramento a mido,

utilizando-se um conjunto de peneiras da srie Tyler (417m a 37m) do Laboratrio de

Tratamento de Minrios do DEMIN/UFOP. O material passante na malha de 400# (37m) foi

analisado pelo granulmetro a Laser, CILAS 1064, pertencente ao Laboratrio de

Propriedades Interfaciais do DEMIN/UFOP.

5.1.2 Anlise mineralgica

Na anlise mineralgica da amostra global e por faixa granulomtrica foi utilizada a tcnica

da difratometria de raios X, mtodo do p total. A preparao de cada amostra constou-se de

pulverizao em moinho de panelas. Posteriormente, as mesmas foram analisadas no

Laboratrio de Difrao de Raios X, utilizando o difratmetro de raios X modelo Empyrean,

da PANalytical, pertencente ao DEGEO/UFOP, com radiao proveniente de um anodo de

cobre (radiao Cu-Kcom = 1,5406) e varredura realizada de 2 a 70 (ngulo 2

A interpretao dos difratogramas obtidos foi efetuada por comparao com os difratogramas

padres ou com os padres caractersticos dos minerais presentes: distncia interplanar (d),

intensidade e posio (2) dos picos de difrao. O banco de dados com esses padres de

difrao o PDF-2/IICD.

35

5.1.3 Anlises qumicas

A amostra do minrio de ferro foi submetida anlise qumica global e por faixas

granulomtricas, realizada no Laboratrio de Fluorescncia de Raios X do DEGEO/UFOP. Os

teores de Fe, SiO2, Al2O3, TiO2, CaO, MgO, P2O5 e MnO foram analisados em um

Espectrmetro de Fluorescncia de Raios X, da marca Philips PANalytical, modelo MagiX.

A perda por calcinao, PPC, foi determinada no Laboratrio de Espectroscopia

Infravermelha e Termogravimetria, utilizando um Analisador Termogravimtrico (TGA),

marca TA Instruments, modelo Q50 (DEMIN/UFOP).

Os principais parmetros e condies da anlise termogravimtrica (TGA) foram: temperatura

final de 1000C, taxa de aquecimento de 10C/min., 5 minutos de durao da isoterma

(patamar de 1000C) com fluxo de nitrognio de 100mL/min., sendo 90mL/min. para a

amostra e 10mL/min. para a balana. Os dados de entrada, como identificao e condies de

anlise eram selecionados no equipamento. Em seguida, a amostra (cerca de 100mg) era

colocada num cadinho de platina (porta amostra), cujo peso era previamente tarado, e em

seguida era inserida no equipamento. A anlise era iniciada ao selecionar o comando start, no

equipamento ou no monitor do computador acoplado.

5.1.4 Propriedades fsicas

As propriedades fsicas determinadas para a amostra foram densidade e rea superficial

especfica. A densidade foi determinada utilizando-se o picnmetro a gs (hlio), fabricado

pela Quantachrome, modelo Ultrapyc 1200e, disponvel no Laboratrio de Propriedades

Interfaciais do DEMIN/UFOP.

A determinao de densidade foi realizada a temperatura ambiente. A amostra (cerca de 30g)

foi colocada num porta amostra de tamanho mdio, sendo em seguida inserido no

equipamento. Foi feito vcuo para remoo de contaminantes e ar preso na amostra (tempo de

purga de 4minutos). Em seguida foram realizadas quatro medidas de densidade, sendo as trs

de menores desvios utilizadas na determinao da densidade (mdia) da amostra. Outros

parmetros de anlise: gs hlio, tempo de equilbrio automtico, presso alvo de 117,21kPa,

36

desvio solicitado de 0,005%. Nos resultados, o software fornece o coeficiente de variao, o

desvio alcanado e a mdia e desvio padro do volume e da densidade da amostra.

A determinao da rea superficial especfica do minrio estudado foi obtida pela tcnica

BET de adsoro de nitrognio, utilizando um Analisador de rea superficial, equipamento

BET NOVA 1200e (aquisio de dados pelo software NovaWin2) da Quantachrome,

pertencente ao Laboratrio de Propriedades Interfaciais do DEMIN/UFOP.

O preparo da amostra (cerca de 5g) para a determinao de rea superficial especfica

consistiu de desgaseificao a vcuo, a 195C, por 17h, para remoo de umidade e

contaminantes presentes na amostra. Posteriormente, pesou-se a clula (porta amostra) para

obteno do peso da amostra seca desgaseificada. Em seguida, a clula foi transferida para o

compartimento de anlise, ficando parcialmente submersa em nitrognio lquido. Ento

injetava-se nitrognio gasoso (adsorbato), em etapas, no interior da clula para realizao das

medidas, sendo monitoradas as variaes de presso. Aps a obteno de presso constante, o

nitrognio adsorvido na amostra era quantificado. A isoterma fornecida (42 pontos) relaciona

o volume de gs adsorvido em funo da presso relativa.

5.2 REAGENTES

Os reagentes utilizados nos experimentos de flotao foram:

-Coletor: ter monoamina (acetato de eteramina, Flotigam EDA), de grau de neutralizao

igual a 50%, fornecido pela Clariant S.A.;

-Depressor: amido de milho comercial (maisena), marca Duryea, de propriedade da Unilever;

-Sais fontes dos ons de clcio, magnsio e mangans, de grau analtico: CaCl2, MgCl2.6H2O

e MnCl2.4H2O (Synth LTDA);

-Agente complexante: EDTA (cido etilenodiamino tetra-actico sal dissdico, de frmula

C10H14N2O8Na2.2H2O), de grau analtico, fornecido pela Synth (Labsynth Produtos para

Laboratrios LTDA);

-Reguladores de pH, de grau analtico: solues de HCl e NaOH (Vetec LTDA).

37

O procedimento para o preparo dos reagentes utilizados nos experimentos foi o seguinte:

a) Solues para controle de pH

Foram preparadas solues de cido clordrico (1, 5 e 10% v/v) e de hidrxido de sdio (esta

tambm utilizada para gelatinizao do amido de milho) nas concentraes 1, 5 e 10% p/v do

seguinte modo: Pesou-se a respectiva massa em um bquer de 50mL, adicionou-se gua

destilada. No caso da soluo de HCl (soluo v/v), mediu-se o respectivo volume do cido.

A mistura foi transferida para um balo volumtrico de 100mL e o volume foi completado.

b) Amina EDA 1% p/v (coletor)

i. Pesou-se 1g de amina EDA em um bquer limpo e seco.

ii. Adicionou-se gua destilada e misturou-se at obteno de mistura homognea.

iii. Transferiu-se para balo volumtrico de 100mL e aferiu-se o volume.

Em alguns ensaios utilizou-se soluo a 0,5%p/v, alterando com isso o volume de reagente

utilizado, em funo da dosagem estabelecida.

c) Amido de milho gelatinizado, 1% p/v (depressor)

i. Pesou-se 1g de amido de milho em um bquer de 50mL.

ii. Adicionou-se cerca de 5mL de gua destilada (homogeneizao com basto de vidro).

iii. Adicionou-se 5mL de hidrxido de sdio (NaOH), soluo a 5 % p/v.

iv. Adicionou-se gua destilada aos poucos, homogeneizando a mistura.

v. Transferiu-se a soluo para balo volumtrico de 100mL e completou-se o volume.

5.3 ENSAIOS DE FLOTAO EM ESCALA DE BANCADA

Os testes de flotao em bancada foram realizados em clula CDC, rotao em 1200rpm, em

pH 10,5, com 45% de slidos, utilizando uma cuba de volume 2L. Todos os ensaios foram

realizados em duplicata e utilizando gua de torneira.

38

Aps secagem dos produtos de flotao, os mesmos foram preparados para anlise qumica

(homogeneizao, quarteamento e pulverizao). A anlise qumica dos produtos tambm foi

realizada no Laboratrio de Fluorescncia de Raios X (DEGEO/UFOP). De posse das massas

dos produtos (flotado e afundado) e dos resultados da anlise qumica (teores de Fe, SiO2 e

outros), foram efetuados os balanos de massa e metalrgico.

5.3.1 Ensaios preliminares com amido e amina

Para os ensaios de flotao em escala de bancada, em uma primeira fase, foi utilizado

planejamento estatstico de experimentos com rplica, utilizando o software Minitab 15

(Tabela 2). As variveis respostas analisadas foram recuperao metalrgica de Fe, teores de

Fe de SiO2 no concentrado e ndice de seletividade de Gaudin (I.S.).

Tabela 2- Planejamento dos experimentos dos ensaios preliminares de flotao catinica reversa em bancada

com amido e amina.

Fatores Nvel (Dosagem, g/t)

- +

A (amina) 50 150

B (amido) 200 400

O procedimento adotado nos testes de flotao em bancada utilizando amido e amina foi o

seguinte:

i. Preparo da polpa com 45% de slidos (adio de 1800mL de gua em pH10,5 e 1500g de

minrio).

ii. Ajuste do sistema de agitao mecnica da clula em 1200rpm.

iii. Adio da dosagem de amido previamente estabelecida.

iv. Ajuste do pH da polpa em 10,5 e condicionamento por 5 minutos.

v. Adio da dosagem de amina previamente estabelecida.

vi. Correo do pH, se necessrio, e condicionamento por mais 3 minutos.

vii. Abertura da vlvula de injeo de ar e flotao por 3 minutos.

viii. Coleta dos produtos flotado e afundado, secagem e pesagem.

39

Cabe ressaltar que esse volume de gua de 1800mL citado, para o preparo da polpa era

recalculado em cada ensaio, em virtude dos diferentes volumes de reagentes utilizados e que

eram descontados nesse volume de gua adicionado.

5.3.2 Ensaios com CaCl2, MgCl2, MnCl2, amido e amina

Aps a anlise dos resultados preliminares, utilizando a funo optimization do Minitab 15, as

dosagens de amido e de amina foram fixadas em 400g/t e 50g/t. No procedimento adotado nos

testes de flotao em bancada utilizando os ctions Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

, aps o ajuste da

agitao da clula em 1200rpm, era adicionada a soluo contendo o ction em estudo

(dosagens variando de 0 a 2400g/t) e efetuava-se o condicionamento por 6 minutos (Lelis,

2014). Posteriormente, adicionava-se o amido gelatinizado (400g/t) e finalmente a amina

(50g/t), seguindo as etapas iii a viii do procedimento experimental dos ensaios preliminares,

descritos anteriormente.

5.3.3 Ensaios de complexao dos ctions Ca2+, Mg2+ e Mn2+ com EDTA

Nos ensaios de flotao utilizando EDTA como agente complexante dos ons estudados, o

condicionamento dos referidos ons foi efetuado com a polpa em pH natural (~7,5). Em

seguida adicionava-se o EDTA, que abaixava o pH da polpa para aproximadamente 5,0

(dependendo da dosagem utilizada e da dosagem da soluo contendo o ction, que tambm

abaixava o pH) e efetuava-se o condicionamento por 6 minutos. Posteriormente, adicionava-

se o amido (400g/t) e a amina (50g/t), seguindo o procedimento padro, etapas iii a viii

descritas no item 5.3.1.


Avaliou-se tambm o efeito do aumento da dosagem de amina sobre as principais variveis

respostas estudadas (teor, recuperao mssica e metalrgica). O procedimento experimental

foi similar ao descrito no item 5.3.2, cabendo ressaltar que foram usadas trs dosagens de

amina para a dosagem de CaCl2 fixada em 300g/t e gua de torneira em pH natural para o

preparo da polpa.

40

6 RESULTADOS E DISCUSSO

6.1 CARACTERIZAO TECNOLGICA DA AMOSTRA DE MINRIO DE FERRO

6.1.1 Anlise granulomtrica

A distribuio granulomtrica da amostra de minrio de ferro est apresentada na Figura 16.

Conforme pode ser observado, o minrio de ferro apresentou um d80 igual a 135m e um

dimetro (tamanho) mdio de partculas de 87m. Cerca de 15% do material estava abaixo de

10m e aproximadamente 3% das partculas possua tamanho inferior a 4m.

Figura 16 - Distribuio granulomtrica da amostra do minrio de ferro.

6.1.2 Anlise mineralgica

A Figura 17 apresenta o difratograma de raios X obtido para a amostra global do minrio de

ferro estudado.

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0,01 0,1 1 10 100

Fre

qu

n

cia

Acu

mu

lad

a M

en

or

qu

e, %

Tamanho, m

41

Figura 17 - Difratograma de raios X da amostra de minrio de ferro (amostra global).

A interpretao dos difratogramas de raios X da amostra global e das diversas faixas

granulomtricas revelou que o minrio possui como principais fases minerais a hematita, o

quartzo e a goethita. Ressalta-se, ainda, que na frao granulomtrica (-105+53)m foram

identificadas apenas hematita e quartzo como principais fases minerais, como pode ser

observado na Tabela 3.

Tabela 3 - Fases minerais identificadas, por faixa granulomtrica e para a amostra global do minrio de ferro.

Faixa Granulomtrica Fases minerais

# m

+100 +147 Hematita, goethita e quartzo

-100+150 -147+105 Hematita, goethita e quartzo

-150+ 270 -105+ 53 Hematita e quartzo

-270+400 -53+37 Hematita, goethita e quartzo

-400 -37 Hematita, goethita e quartzo

Amostra global Hematita, goethita e quartzo

6.1.3 Anlises qumicas

A Tabela 4 apresenta a anlise granuloqumica da amostra de minrio.

42

Tabela 4 Anlise granuloqumica da amostra de minrio de ferro: % retido simples, teor e distribuio dos

principais elementos e compostos e perda por calcinao (PPC, %).

Faixa granulomtrica Retido

(%)

Componentes, % PPC

(%)

Distribuio, %

# m Fe SiO2 Al2O3 P Fe SiO2 Al2O3 P

+100 +147 16,63 45,79 28,96 0,36 0,06 4,01 17,06 15,13 18,93 23,53

-100+150 +105-147 14,25 38,29 41,34 0,21 0,04 2,48 12,22 18,5 9,69 13,08

-150+270 +53-105 18,71 37,95 42,14 0,20 0,03 2,29 15,91 24,76 11,96 15,36

-270+400 +37-53 15,63 42,29 35,95 0,22 0,03 2,08 14,80 17,65 11,08 12,32

-400 -37 34,79 51,33 21,93 0,44 0,04 2,69 40,01 23,96 48,34 35,71

Total recalculado 100 44,64 31,84 0,32 0,04 2,71 100 100 100 100

Amostra global - 44,66 31,78 0,32 0,04 2,72 - - - -

A anlise granuloqumica da amostra permite constatar que grande parte do ferro (40%)

encontra-se na frao menor que 37m, sendo tambm a frao de maior teor em ferro

(51,33%) e de menor teor de slica (21,93% de SiO2). Os teores fornecidos pela anlise

qumica para a amostra global foram muito prximos aos teores recalculados (total

recalculado), conforme pode ser observado na Tabela 4. Mais de 40% da slica do minrio

est na frao inferior a 53m. Aproximadamente 1/4 da slica est situada na frao +53-

104m, sendo a frao +104-150m a de menor concentrao em ferro (12,22%).

A origem da alumina (0,3% Al2O3) no foi identificada, contudo duas possibilidades podem

ser citadas: a presena de caulinita, no identificada na anlise mineralgica por difratometria

de raios X por estar presente na amostra do minrio abaixo do limite de deteco; ou devido

substituio isomrfica de Fe por Al na goethita.

A anlise qumica completa da amostra do minrio de ferro estudado est apresentada no

Apndice A.

6.1.4 Propriedades fsicas

A massa especfica da amostra global do minrio de ferro foi igual a 3,9078 g/cm3. Este dado

foi utilizado para o clculo da massa de minrio utilizada nos ensaios de flotao. A rea

superficial especfica da amostra global foi igual a 23,029m2/g (mtodo BET).

43

6.2 ENSAIOS DE FLOTAO EM ESCALA DE BANCADA

6.2.1 Ensaios preliminares com amido e amina

A Tabela 5 apresenta os resultados obtidos nos ensaios realizados seguindo o planejamento

estatstico fatorial, na etapa preliminar (ensaios utilizando amido e amina).

Os balanos de massa e metalrgico de todos os ensaios de flotao esto apresentados no

Apndice B.

Tabela 5 Dados brutos do planejamento estatstico dos experimentos preliminares de flotao.

Ordem Aleatria Amina (g/t) Amido (g/t) Rec. Fe (%) Fe (%) SiO2 (%) I.S.

5 50 200 88,56 64,66 2,72 11,93

6 150 200 87,00 65,21 1,96 14,45

8 150 400 90,25 65,16 2,23 12,25

1 50 200 87,47 64,97 2,74 11,39

4 150 400 87,94 65,04 2,09 13,45

2 150 200 87,36 65,32 2,03 13,32

3 50 400 90,23 64,3 3,12 12,08

7 50 400 90,05 64,76 2,94 12,32

A Figura 18 apresenta os grficos Pareto para as variveis resposta recuperao metalrgica

de Fe, teores de Fe e de SiO2 e ndice de seletividade.

Conforme pode ser observado pela Figura 18, para as variveis respostas recuperao de Fe

(Figura 18-a), teor de Fe (Figura 18-b) e ndice de seletividade (Figura 18-d), somente a

dosagem de amido mostrou-se significativa. Para a varivel resposta teor de SiO2, ambos os

fatores estudados (dosagem de amido e de amina) foram significativos, sendo a dosagem de

amina o fator mais significativo (Figura 18-c).

44

AB

A

B

3,53,02,52,01,51,00,50,0

Te

rmo

Efeito

2,776

A Amina (g/t)

B Amido (g/t)

Fator Nome

Grfico de Pareto para os efeitos

(varivel resposta: recuperao metalrgica de Fe (%), alfa = 0,05)

(a) Recuperao Metalrgica de Fe

AB

B

A

43210

Te

rmo

Efeito

2,776

A Amina (g/t)

B Amido (g/t)

Fator Nome


( varivel resposta: teor de Fe (%), alfa = 0,05)

(b) Teor de Fe

AB

B

A

14121086420

Te

rmo

Efeito

2,78

A Amina (g/t)

B Amido (g/t)

Fator Nome


(varivel resposta: teor de SiO2 (%), alfa = 0,05)

(c) Teor de SiO2

B

AB

A

3,53,02,52,01,51,00,50,0

Te

rmo

Efeito

2,776

A Amina (g/t)

B Amido (g/t)

Fator Nome


(varivel resposta: I.S., alfa = 0,05)

(d) ndice de Seletividade

Figura 18 Grficos de Pareto referentes influncia das dosagens de amido e amina sobre as variveis

respostas: (a) recuperao de Fe, (b) teor de Fe, (c) teor de SiO2 e (d) I.S., para nvel de confiana igual a 95%.

A Figura 19 apresenta os grficos dos efeitos principais para as variveis resposta recuperao

metalrgica de Fe, teores de Fe e de SiO2 e ndice de seletividade.

O aumento da dosagem de amina influencia de modo negativo a recuperao metalrgica de

ferro. Como pode ser observado, maiores dosagens do reagente resultam em menor

recuperao de ferro. Quanto ao amido, o aumento deste fator influencia no sentido de

aumentar a recuperao de Fe.

Aumentando a dosagem de amina, o teor de ferro no concentrado tende a aumentar. Em

contrapartida, um aumento na dosagem de amido causa diminuio do teor de ferro do

concentrado (Figura 19-b).

45

15050

89,5

89,0

88,5

88,0

87,5

400200

Amina (g/t)

M

dia

Amido (g/t)

Grfico dos efeitos principais para a recuperao metalrgica de Fe (%)


15050

65,2

65,1

65,0

64,9

64,8

64,7

64,6

400200

Amina (g/t)

M

dia

Amido (g/t)

Grfico dos efeitos principais para o teor de Fe (%)

(b) Teor de Fe

15050

2,9

2,8

2,7

2,6

2,5

2,4

2,3

2,2

2,1

2,0

400200

Amina (g/t)

M

dia

Amido (g/t)

Grfico dos efeitos principais para o teor de SiO2 (%)

(c) Teor de SiO2

15050

13,4

13,2

13,0

12,8

12,6

12,4

12,2

12,0

400200

Amina (g/t)

M

dia

Amido (g/t)

Grfico dos efeitos principais para o I.S.


Figura 19 Grficos dos efeitos principais referentes influncia das dosagens de amido e amina sobre as

variveis respostas: (a) recuperao metalrgica de Fe, (b) teor de Fe, (c) Teor de SiO2 e (d) I.S., para nvel de

confiana igual a 95%.

O grfico dos efeitos principais dos fatores estudados mostra que o aumento da dosagem de

amina diminui o teor de SiO2 no concentrado obtido, o que de interesse (Figura 19-c). A

dosagem de amido tem efeito contrrio, porm em menor intensidade.

O aumento da dosagem de amina aumenta o I.S., ao contrrio de amido, cujo aumento da

dosagem diminui esse ndice, porm em menor intensidade (Figura19-d).

A interao entre os fatores dosagem de amido e de amina e seus efeitos no teor e recuperao

metalrgica de ferro, no teor de SiO2 e no ndice de seletividade apresentada na Figura 20.

46

400200

90,5

90,0

89,5

89,0

88,5

88,0

87,5

87,0

Amido (g/t)

Re

c.

Fe

(%

)

50

150

(g/t)

Amina

Grfico de interao para a recuperao metalrgica de Fe (%)


400200

65,3

65,2

65,1

65,0

64,9

64,8

64,7

64,6

64,5

Amido (g/t)

Fe

(%

)

50

150

(g/t)

Amina

Grfico de interao para o teor de Fe (%)

(b) Teor de Fe

400200

3,0

2,8

2,6

2,4

2,2

2,0

Amido (g/t)

SiO

2 (

%)

50

150

(g/t)

Amina

Grfico de interao para o teor de SiO2 (%)

(c) Teor de SiO2

400200

14,0

13,5

13,0

12,5

12,0

Amido (g/t)

I.S

.50

150

(g/t)

Amina

Grfico de interao para o I.S.


Figura 20 Grficos de interaes referentes influncia das dosagens de amido e amina sobre as variveis

respostas: (a) recuperao de Fe, (b) teor de Fe, (c) teor de SiO2 e (d) I.S., para nvel de confiana igual a 95%.

Observando os grficos de interaes entre os fatores dosagem de amido e de amina sobre as

variveis respostas teor e recuperao de Fe e teor de SiO2, nota-se que a inclinao das retas

so ligeiramente diferentes, exceto para o I.S.

A Figura 21 apresenta os grficos de cubo para as variveis resposta recuperao metalrgica

de Fe, teores de Fe e de SiO2 e ndice de seletividade, mostrando as possveis combinaes

entre os fatores analisados (dosagem de amido e de amina) e os respectivos efeitos nas

variveis resposta obtidas.

Analisando o teor de ferro, em todas as combinaes/condies possveis, expostas na Figura

21-b, esses teores ficaram muito prximos entre si, em torno de 65%, com diferena inferior a

1%. Considerando o teor de SiO2 no concentrado, as condies experimentais estudadas

47

resultaram em baixos teores de SiO2 no concentrado, inferiores a 3,1%, cuja diferena entre

eles (obtida em cada ensaio) foi em torno de 1%, conforme a Figura 21-c.

400

200

15050

Amido (g/t)

Amina (g/t)

89,095

87,18088,015

90,140

Grfico do cubo para a recuperao metalrgica de Fe (%)


400

200

15050

Amido (g/t)

Amina (g/t)

65,100

65,26564,815

64,530

Grfico do cubo para o teor de Fe (%)

(b) Teor de Fe

400

200

15050

Amido (g/t)

Amina (g/t)

2,160

1,9952,730

3,030

Grfico do cubo para o teor de SiO2 (%)

(c) Teor de SiO2

400

200

15050

Amido (g/t)

Amina (g/t)

12,850

13,88511,660

12,200

Grfico do cubo para o I.S.


Figura 21 Grficos de cubo referentes influncia das dosagens de amido e amina sobre as variveis respostas:

(a) recuperao metalrgica de Fe, (b) teor de Fe, (c) teor de SiO2 e (d) I.S., para nvel de confiana igual a 95%.

Pelo fato dos teores de SiO2 nos concentrados rougher obtidos em todos os ensaios efetuados

encontrarem-se abaixo da especificao de standard sinter feed, que de 4 a 6% (Lima,

1997), a otimizao do planejamento estatstico foi efetuada levando em considerao

somente o teor e a recuperao de ferro, que est apresentado na Figura 22.

48

Figura 22 Condio otimizada para a flotao de minrio de ferro utilizando amido e amina.

Como pode ser observado pela Figura 22, a condio otimizada para a realizao dos ensaios

de flotao foi 400g/t de amido e 50g/t de amina (condies estabelecidas para a maximizao

das variveis respostas teor e recuperao de ferro no concentrado). Logo, estas dosagens

foram fixadas para todos os ensaios subsequentes.

6.2.2 Ensaios com CaCl2, MgCl2, MnCl2, amido e amina

A seguir esto apresentados os resultados dos ensaios de flotao utilizando sais portadores

dos ctions Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

.

A Figura 23 apresenta a recuperao mssica obtida nos ensaios de flotao de minrio de

ferro, utilizando polpa contendo cada um dos trs ctions estudados.

Nota-se um aumento na recuperao em massa nos trs casos, porm esta mais acentuada

para o MgCl2, cuja dosagem mxima foi de 600g/t e a recuperao em massa passou de 63%

(ausncia do sal) para valores em torno de 95%, conforme Figura 23.

49

Figura 23 Recuperao mssica em funo da dosagem dos ctions Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

, utilizados nos ensaios

de flotao. Demais condies: 400g/t amido, 50g/t amina, flotao em pH 10,5.

O aumento abrupto na recuperao mssica a partir da dosagem de 200g/t de MgCl2 pode ser

atribudo intensa formao e adsoro de hidroxi-complexos do ction Mg2+

nas superfcies

da ganga silicatada, impedindo a atuao do reagente coletor em sua superfcie. Tal

justificativa tambm foi reportada por Lelis (2014), em estudos de microflotao de hematita

e quartzo, que atribuiu esse efeito depressor formao de hidroxi-complexos, principalmente

a espcie MgOH+ cuja formao se acentua no pH 10,5, conforme o diagrama de especiao

do magnsio apresentado na Figura 9.

Os outros dois ctions tiveram dosagem mxima testada em 2400g/t, situao na qual a

recuperao em massa alcanou valores em torno de 95%, utilizando soluo contendo ons

Ca2+

e 75% para o Mn2+

. Atribui-se este aumento depresso da ganga silicatada. No caso

dos ons de clcio, as espcies predominantes em pH 10,5 so Ca2+

e CaOH+ (Figura 8), que

se adsorveram na superfcie da ganga silicatada, o que est de acordo com Scott e Smith

(1993). Para o mangans, a espcie predominante o Mn(OH)2(s) (Figura 10), que se

precipitou nas superfcies dos minerais de ferro e ganga silicatada.

Os resultados obtidos para a recuperao mssica, nos testes com Mn2+

so coerentes com os

apresentados por Lelis (2014), cujo trabalho indicou diminuio na flotabilidade dos minerais

hematita e quartzo, para concentraes cada vez maiores do referido ction. A autora citou a

50

60

70

80

90

100

0 600 1200 1800 2400

Rec

up

era

o

M

ssic

a (

%)

Dosagem de cloreto (g/t)

CaCl2 MgCl2 MnCl2

50

coexistncia das trs espcies Mn2+

, MnOH+ e Mn(OH)2(s) em pH 10,5 (Figura 10), fato

associado ao efeito depressor observado. Por esta razo, observou-se ligeiro aumento na

recuperao em massa, que passou de 63% (ausncia do ction) para 75% (2400g/t de

MnCl2). H de salientar que as concentraes de Mn2+

e MnOH+ so muito baixas. No ensaio

de flotao utilizando a dosagem mxima de MnCl2, 2400g/t, observou-se um aspecto escuro

da polpa. Duarte (2012) e Lelis (2014) tambm destacaram a formao de um precipitado de

cor marrom, associando tal ocorrncia precipitao de Mn(OH)2(s) e MnO(OH)2(s) (sobre a

superfcie dos minerais) com consequente reduo na flotabilidade, em virtude do fenmeno

slime coating.

Foi verificado um ntido aumento na recuperao de ferro com o aumento das dosagens de

CaCl2, MgCl2 e MnCl2, alcanando recuperaes superiores a 95%, nas maiores dosagens

utilizadas, como pode ser visto na Figura 24.

Figura 24 Recuperao metalrgica de Fe no concentrado para cada dosagem do cloreto utilizado. Demais

condies: 400g/t amido, 50g/t amina, flotao em pH 10,5.

Como pode ser observado pela Figura 25, o teor de ferro passou de 64,5% (ausncia de

ctions) para valores em torno de 45% para ensaios utilizando CaCl2 e MgCl2, com um

aumento significativo do teor de SiO2, que passou de 3,0% (ausncia de ctions) para valores

prximos a 30%, para uma dosagem de 600g/t desses reagentes. O uso de MnCl2 apresentou

um menor efeito nessas variveis, que fica evidente somente aps a adio de dosagem

superior a 600g/t.

50

55

60

65

70

75

80

85

90

95

100

0 50 100 200 300 600 1200 2400

Rec

up

era

o d

e F

e (%

)

Dosagem de cloreto (g/t)

CaCl2

MnCl2

MgCl2

51

A Tabela 6 sintetiza o efeito do cloreto de mangans sobre o teor de Fe e de SiO2 e a

recuperao de Fe no ensaio de flotao em bancada.

Tabela 6 Teor e recuperao de Fe e teor de SiO2 obtido no ensaio de flotao sem e com o uso de cloreto de

mangans (600g/t), com 400g/t de amido e 50g/t de amina.

MnCl2 Teor (%) Recuperao

de Fe (%) (g/t) Fe SiO2

0 64,53 3,03 90,14

600 63,13 5,00 92,57

De maneira geral, observa-se que, nas condies estudadas, o cloreto de mangans

praticamente no influenciou nas variveis analisadas. Os teores e recuperao de Fe e SiO2

ficaram prximos aos obtidos sem o uso do mesmo, conforme sumarizado na Tabela 6 e nas

Figuras 24 e 25.

Observa-se, pela Figura 25, que a partir da dosagem de 300g/t de CaCl2 e MgCl2 e 600g/t de

MnCl2 houve acrscimo significativo da recuperao de ferro e do teor de SiO2 no

concentrado, ocorrendo o inverso para o teor de ferro. Logo, estas dosagens dos sais foram

fixadas para os ensaios em que foram usados EDTA como complexante dos ons estudados.

52

(a) (b) (c)

Figura 25 Teores de Fe (coluna azul) e de SiO2 (coluna vermelha) nos concentrados obtidos nos ensaios de flotao utilizando (a) CaCl2 , (b) MgCl2 e (c) MnCl2, nas dosagens de

0 a 2400g/t. Demais condies: 400g/t amido, 50g/t amina, flotao em pH 10,5.

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 200 300 600 1200 2400

Teo

r (%

)

Dosagem de CaCl2 (g/t)

Fe SiO2

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 200 300 600

Teo

r (%

)Dosagem de MgCl2 (g/t)

Fe SiO2

0

10

20

30

40

50

60

70

0 50 100 200 300 600 1200 2400

Teo

r (%

)

Dosagem de MnCl2 (g/t)

Fe SiO2

53

6.2.3 Ensaios de complexao dos ctions Ca2+, Mg2+ e Mn2+ com EDTA

A Figura 26 apresenta a recuperao em massa dos ensaios de flotao, em funo da

dosagem de EDTA utilizada para o CaCl2, MgCl2 e MnCl2, nas suas respectivas dosagens.

Figura 26 Recuperao em massa no concentrado em funo da dosagem de EDTA para os trs sais estudados

nas suas respectivas dosagens. Demais condies: 400g/t amido, 50g/t amina, flotao em pH 10,5.

O uso de EDTA diminuiu significativamente a recuperao em massa (aumento na

recuperao do flotado) nos testes utilizando CaCl2 e MgCl2, porm pouco influenciou na

recuperao obtida nos ensaios utilizando MnCl2 (Figura 26).

A recuperao de Fe e os teores de Fe e de SiO2 obtidos em cada ensaio de complexao dos

ctions Ca2+

, Mg2+

e Mn2+

com EDTA esto apresentados nas Figuras 27, 28 e 29.

Como pode ser observado pelas Figuras 27 e 28, para dosagens crescentes de EDTA houve

pequena influncia sobre a recuperao metalrgica de Fe e sobre o teor de Fe. Em

contrapartida, nota-se reduo acentuada do teor de SiO2 nos concentrados obtidos (vejam-se

as Figuras 27 e 28). A dosagem de 720g/t de EDTA foi suficiente para a obteno de um

concentrado com teores e recuperao similares aos ob

INFLUÊNCIA DOS ÍONS Ca2+, Mg2+ e Mn2+ NA FLOTAÇÃO ...‡ÃO... · foram obtidos concentrados...

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