Várias tentativas de correlacionar o tamanho da partícula e a resposta da flotação nas maiores usinas do Brasil (usinas de minério de ferro e fosfato) têm mostrado que partículas grossas (dp100 m) não flotam eficientemente. Uma vez que a suspensão de sólidos é uma condição necessária para a coleta de partículas, o estudo da suspensão de partículas grossas em células de flotação é totalmente justificado e constitui o objetivo desta tese. Neste trabalho, a suspensão de sólidos foi estudada em célula Denver e Wemco de laboratório (6 L) com os minerais apatita, quartzo e hematita, classificados como grossos (dp100 m). Estudo complementar foi realizado em célula piloto Metso (3000 L), no processamento de minério de Ni, no oeste australiano. A circulação de fluido nas células Denver e Wemco foi caracterizada pelo número de bombeamento do impelidor (NQ) e pela velocidade da água (vb), medida na descarga do impelidor, numa faixa de operação normalmente utilizada nos ensaios de flotação (900rpmN1300rpm). Para condições não-aeradas, NQ=0,043 e 12,7cm/s vb 18,3cm/s para célula Denver, e NQ=0,57 e 15,0cm/svb21,8cm/s, para Wemco. Em condições aeradas (0,05cm/sJG0,15cm/s para Denver e 0,52cm/sJG0,95cm/s para Wemco), assim como nas bombas centrífugas, a capacidade de bombeamento do impelidor diminui consideravelmente: 0,028NQ0,038 e 8,4cm/svb17,3cm/s para Denver e 0,42NQ0,53 e 11,6cm/svb 19,8cm/s para Wemco. Medidas obtidas com um transdutor de pressão, colocado próximo da região rotor/estator (células Denver e Wemco) ilustraram a capacidade dos impelidores de gerarem turbulência em células mecânicas de flotação. A rotação mínima do impelidor (Njs) em que nenhuma partícula permanece no fundo do tanque por mais do que 1 segundo (Critério 1-s de Zwietering) foi determinada para ambas a células (Denver e Wemco), em condições aeradas (Njsg) e não-aeradas (Njsu). Um modelo empírico foi utilizado para relacionar a rotação crítica de suspensão (Njs) com as propriedade sólido (diâmetro-dp, massa específica-s)-liquido (massa específica-L; concentração mássica de sólidos-X, viscosidade-)-gás (JG). Os resultados indicaram a influência dessas variáveis no valor de Njs, de acordo com o expoente de cada termo: (L)0,36-0,42> (dp)0,3> (X)0,2 > ()0,06-0,07. Através dos resultados de suspensão de apatita, levando em consideração seu tamanho e velocidade terminal (vt) e Njs foi possível relacionar o status da suspensão (segregação, suspensão e arraste) com a rotação do impelidor (N/Njsu) versus (vt/vb). Verificou-se que os valores de (N/Njsu) e (vt/vb) mais favoráveis para a suspensão de partículas grossas não são os mesmos para partículas finas. O perfil de distribuição axial de apatita (dp=127 m) em célula Denver, mostrou que quanto maior o valor de N, mas uniforme será a distribuição vertical de sólidos na célula, enquanto que em baixas rotações há uma segregação de sólidos no fundo do tanque. Quando a velocidade superficial de ar, em célula Metso, variou de JG=0,92 cm/s para JG=1,59 cm/s, aumentou a concentração de partículas grossas próximo ao fundo do tanque. O Modelo de Sedimentação-Dispersão possibilitou a identificação dos limites das zonas turbulenta e quiescente, nas células Denver e Metso. Em ambas as células, quanto maior a taxa de aeração, menor a espessura da zona turbulenta. / Several attempts to correlate particle size and flotation response at the biggest Brazilian plants (iron ore and phosphate) have concluded that coarse particles (dp 100m) do not float efficiently. As solids suspension is a necessary precondition for particle collection, the study of coarse particle suspension in mechanical cells is fully justified and it is the objective of this thesis. In this work, particle suspension was studied in laboratory Denver and Wemco flotation cells (6,0 dm3) with apatite, quartz and hematite coarse particles. Complementary study was carried out in pilot scale with a Metso (3,000 dm3) cell which processed Ni ore in Western Australia. Fluid circulation in Denver and Wemco laboratory cells was characterized by the impeller pumping number (NQ) and also by water velocity (vb) measured at the impellers discharge under a typical range of working rotational speed (900 rpm N 1,300 rpm). For ungassed conditions, Denver impeller showed NQ=0.043 and 12.7cm/s vb 18.3cm/s, whereas Wemco type showed NQ=0.57 and 15.0 cm/s vb 21.8 cm/s. Under gassed conditions (0.05 cm/s JG 0.15cm/s for Denver; 0.52 cm/s JG 0.95 cm/s for Wemco), like centrifugal pumps, the impeller pumping capacity decreased markedly: 0.028 NQ 0.038 and 8.4 cm/s vb 17.3 cm/s for Denver and 0.42 NQ 0.53 and 11.6 cm/s vb 19.8 cm/s for Wemco. Measures using a pressure transducer placed near the stator/impeller discharge region (Denver and Wemco) illustrated the ability of both impellers to create turbulence in the cells. The impellers rotational speed (N) at which no particle remains on the cell bottom for more than one second (Zwieterings 1-s Criterium) was determined for Denver and Wemco cells under gassed (Njsg) and ungassed (Njsu) conditions. An empirical model was used to correlate Njs to particle (diameter-dp, specific gravity-s)-liquid (specific gravity-L; solids mass concentration-X, viscosity-)-gas (JG) properties. The results of the model indicated a ranking for the influence of the variables on Njs based on its power: (L)0.36-0.42> (dp)0.3> (X)0.2 > ()0.06-0.07. Regarding apatite particles, taking into account its size, terminal settling velocity (vt) and Njsu, it was possible to address the status of particle suspension (segregation, suspension and dragging) to impeller rotation (N/Njsu) versus fluid velocity at the discharge of the impeller (vt/vb). It was verified that the values of (N/Njsu) and (vt/vb) more favorable to promote the suspension of the coarsest particles are not the same for the finest ones. Distribution of apatite particles (dp=127m) along the height of Denver cell indicated that when N increases, particles become more uniformly distributed along the impellers axis, whereas at lower values of N, a segregation occurs on the cell bottom. At Metso pilot cell, when air feed was increased from JG=0.92 cm/s to 1.59 cm/s, the concentration of coarse particles (D50 > 100 m) on the lower part of the cell increased markedly. The adoption of the Sedimentation-Dispersion Model to Denver and Metso cells allowed the identification of the limit of the turbulent zone versus quiescent zone within the cell. In both cells, the higher was the air flow-rate, the lower was the height of the turbulent zone.

Várias tentativas de correlacionar o tamanho da partícula e a resposta da flotação nas maiores usinas do Brasil (usinas de minério de ferro e fosfato) têm mostrado que partículas grossas (dp100 m) não flotam eficientemente. Uma vez que a suspensão de sólidos é uma condição necessária para a coleta de partículas, o estudo da suspensão de partículas grossas em células de flotação é totalmente justificado e constitui o objetivo desta tese. Neste trabalho, a suspensão de sólidos foi estudada em célula Denver e Wemco de laboratório (6 L) com os minerais apatita, quartzo e hematita, classificados como grossos (dp100 m). Estudo complementar foi realizado em célula piloto Metso (3000 L), no processamento de minério de Ni, no oeste australiano. A circulação de fluido nas células Denver e Wemco foi caracterizada pelo número de bombeamento do impelidor (NQ) e pela velocidade da água (vb), medida na descarga do impelidor, numa faixa de operação normalmente utilizada nos ensaios de flotação (900rpmN1300rpm). Para condições não-aeradas, NQ=0,043 e 12,7cm/s vb 18,3cm/s para célula Denver, e NQ=0,57 e 15,0cm/svb21,8cm/s, para Wemco. Em condições aeradas (0,05cm/sJG0,15cm/s para Denver e 0,52cm/sJG0,95cm/s para Wemco), assim como nas bombas centrífugas, a capacidade de bombeamento do impelidor diminui consideravelmente: 0,028NQ0,038 e 8,4cm/svb17,3cm/s para Denver e 0,42NQ0,53 e 11,6cm/svb 19,8cm/s para Wemco. Medidas obtidas com um transdutor de pressão, colocado próximo da região rotor/estator (células Denver e Wemco) ilustraram a capacidade dos impelidores de gerarem turbulência em células mecânicas de flotação. A rotação mínima do impelidor (Njs) em que nenhuma partícula permanece no fundo do tanque por mais do que 1 segundo (Critério 1-s de Zwietering) foi determinada para ambas a células (Denver e Wemco), em condições aeradas (Njsg) e não-aeradas (Njsu). Um modelo empírico foi utilizado para relacionar a rotação crítica de suspensão (Njs) com as propriedade sólido (diâmetro-dp, massa específica-s)-liquido (massa específica-L; concentração mássica de sólidos-X, viscosidade-)-gás (JG). Os resultados indicaram a influência dessas variáveis no valor de Njs, de acordo com o expoente de cada termo: (L)0,36-0,42> (dp)0,3> (X)0,2 > ()0,06-0,07. Através dos resultados de suspensão de apatita, levando em consideração seu tamanho e velocidade terminal (vt) e Njs foi possível relacionar o status da suspensão (segregação, suspensão e arraste) com a rotação do impelidor (N/Njsu) versus (vt/vb). Verificou-se que os valores de (N/Njsu) e (vt/vb) mais favoráveis para a suspensão de partículas grossas não são os mesmos para partículas finas. O perfil de distribuição axial de apatita (dp=127 m) em célula Denver, mostrou que quanto maior o valor de N, mas uniforme será a distribuição vertical de sólidos na célula, enquanto que em baixas rotações há uma segregação de sólidos no fundo do tanque. Quando a velocidade superficial de ar, em célula Metso, variou de JG=0,92 cm/s para JG=1,59 cm/s, aumentou a concentração de partículas grossas próximo ao fundo do tanque. O Modelo de Sedimentação-Dispersão possibilitou a identificação dos limites das zonas turbulenta e quiescente, nas células Denver e Metso. Em ambas as células, quanto maior a taxa de aeração, menor a espessura da zona turbulenta. / Several attempts to correlate particle size and flotation response at the biggest Brazilian plants (iron ore and phosphate) have concluded that coarse particles (dp 100m) do not float efficiently. As solids suspension is a necessary precondition for particle collection, the study of coarse particle suspension in mechanical cells is fully justified and it is the objective of this thesis. In this work, particle suspension was studied in laboratory Denver and Wemco flotation cells (6,0 dm3) with apatite, quartz and hematite coarse particles. Complementary study was carried out in pilot scale with a Metso (3,000 dm3) cell which processed Ni ore in Western Australia. Fluid circulation in Denver and Wemco laboratory cells was characterized by the impeller pumping number (NQ) and also by water velocity (vb) measured at the impellers discharge under a typical range of working rotational speed (900 rpm N 1,300 rpm). For ungassed conditions, Denver impeller showed NQ=0.043 and 12.7cm/s vb 18.3cm/s, whereas Wemco type showed NQ=0.57 and 15.0 cm/s vb 21.8 cm/s. Under gassed conditions (0.05 cm/s JG 0.15cm/s for Denver; 0.52 cm/s JG 0.95 cm/s for Wemco), like centrifugal pumps, the impeller pumping capacity decreased markedly: 0.028 NQ 0.038 and 8.4 cm/s vb 17.3 cm/s for Denver and 0.42 NQ 0.53 and 11.6 cm/s vb 19.8 cm/s for Wemco. Measures using a pressure transducer placed near the stator/impeller discharge region (Denver and Wemco) illustrated the ability of both impellers to create turbulence in the cells. The impellers rotational speed (N) at which no particle remains on the cell bottom for more than one second (Zwieterings 1-s Criterium) was determined for Denver and Wemco cells under gassed (Njsg) and ungassed (Njsu) conditions. An empirical model was used to correlate Njs to particle (diameter-dp, specific gravity-s)-liquid (specific gravity-L; solids mass concentration-X, viscosity-)-gas (JG) properties. The results of the model indicated a ranking for the influence of the variables on Njs based on its power: (L)0.36-0.42> (dp)0.3> (X)0.2 > ()0.06-0.07. Regarding apatite particles, taking into account its size, terminal settling velocity (vt) and Njsu, it was possible to address the status of particle suspension (segregation, suspension and dragging) to impeller rotation (N/Njsu) versus fluid velocity at the discharge of the impeller (vt/vb). It was verified that the values of (N/Njsu) and (vt/vb) more favorable to promote the suspension of the coarsest particles are not the same for the finest ones. Distribution of apatite particles (dp=127m) along the height of Denver cell indicated that when N increases, particles become more uniformly distributed along the impellers axis, whereas at lower values of N, a segregation occurs on the cell bottom. At Metso pilot cell, when air feed was increased from JG=0.92 cm/s to 1.59 cm/s, the concentration of coarse particles (D50 > 100 m) on the lower part of the cell increased markedly. The adoption of the Sedimentation-Dispersion Model to Denver and Metso cells allowed the identification of the limit of the turbulent zone versus quiescent zone within the cell. In both cells, the higher was the air flow-rate, the lower was the height of the turbulent zone.