Este trabalho aborda a molhabilidade de apatita por água em temperatura ambiente (20-25°C) objetivando contribuir para um melhor entendimento de seu comportamento em sistemas de flotação. Água, devido às fortes forças atrativas entre suas moléculas, não espalha completamente sobre sólidos de baixa energia como apatita pré-tratada com surfatantes aniônicos de cadeia longa. Este comportamento é explorado por engenheiros de processamento mineral para separar apatita de minerais de ganga via flotação aniônica direta em circuitos industriais ao redor do mundo. Nesta tese, a molhabilidade de apatita (tratada ou não com oleato de sódio-NaOl em pH=10,5) foi caracterizada pelo ângulo de contato de avanço da água (TETAa), trabalho de adesão (Wa) da água sobre apatita e coeficiente de espalhamento (S) de água sobre o sólido. Medidas diretas de TETAa sobre os planos frontal (010) e basal (001) de um cristal de apatita bem definido proveniente de Ipirá- BA (apatita-Ipirá) foram executadas pelo Método da Bolha Cativa (MBC), enquanto determinações indiretas de TETAa foram realizadas pelo Método da Ascensão Capilar (MAC) através da percolação de líquidos (água e/ou metanol) através de leitos partículas de apatita-Ipirá ou apatita-Cajati (proveniente de Cajati-SP). No MAC, o uso de hexano foi adequado para determinar a magnitude da constante de empacotamento (c) para partículas de apatita de baixa molhabilidade (TETAa>>0°), enquanto que a água se mostrou mais apropriada para ser usada na determinação da constante c para partículas de apatita não tratadas com surfatantes (TETAa~0o). Ensaios de microflotação foram conduzidos com apatita-Ipirá em pH=10,5 e com NaOl (0-75mg/L) enquanto ensaios de flotação gama foram executados com minério de fosfato proveniente de Cajati-SP previamente tratado com amido (37,5mg/L) e alquil sarcosinato de sódio-Berol®867 (25mg/L) em pH=10,6. Os resultados das medidas de TETAa e dos ensaios de microflotação indicaram uma relação de causa-efeito entre a concentração de NaOl (0-75mg/L), molhabilidade de apatita-Ipirá e sua resposta à microflotação: as maiores recuperações foram obtidas com as maiores concentrações do coletor NaOl, maiores valores de TETAa, menores valores de Wa e valores mais negativos de S. Os valores de TETAa diretamente medidos sobre as faces de um cristal de apatita-Ipirá pelo MBC mostrou que NaOl adsorve preferencialmente sobre o plano (010) comparado ao plano (001). Além disso, a tensão superficial crítica de molhabilidade (GAMAc) da apatita-Ipirá, pré-tratada com 75mg/L de NaOl, foi de 30,2erg/cm2 para o plano (001) versus 29,6erg/cm2 para o plano (010). Após serem condicionadas com reagentes de flotação (amido=37,5mg/L e Berol®867=25mg/L em pH=10,6) e flotadas em estágio rougher, partículas de apatita-Cajati exibiram TETAa=64.2°±1.1°. O valor de GAMAc, determinado via experimentos de flotação gama foi GAMAc~34,5erg/cm2; enquanto GAMAc determinado por diagramas cosTETA x GAMALV foi de GAMAc~33,9erg/cm2. Os resultados de flotação gama com o minério de fosfato de Cajati mostrou um platô de máxima recuperação de apatita (95-98%) quando 52,7erg/cm2<GAMALV<72,9erg/cm2. Ao contrário da apatita, a recuperação dos minerais de ganga (silicatos e carbonatos) foi estritamente ascendente com o aumento de GAMALV. A maior Eficiência de Separação apatita/ganga (E.S. = recuperação de apatita menos a recuperação de ganga) foi obtida em GAMALV=50,5erg/cm2 para apatita/silicatos e em GAMALV=51,4erg/cm2 para apatita/carbonatos. Os resultados dos experimentos de flotação gama indicaram que, no circuito industrial de Cajati-SP, GAMALV pode ser modulada pela dosagem do coletor, e sua magnitude pode guiar engenheiros na tomada de decisões a respeito da dosagem de coletor que promova a maior seletividade de separação apatita/ganga. Entretanto, a falta de instrumentos apropriados para realizar medidas on-line confiáveis de GAMALV tem impedido a execução destas medidas em circuitos industriais. Deste modo, decisões a respeito da dosagem do coletor feitas pelos engenheiros continuam a ser baseadas em uma abordagem empírica ao invés de científica. / This work approaches the wetting of apatite by water at room temperature (20-25°C) aiming at to contribute towards a better understanding of its behavior in flotation systems. Water, because of its powerful attractive forces, does not readily spread over the surface of low energy solids as apatite pre-treated with anionic long chain surfactants. This behavior is exploited by mineral processing engineers to separate apatite from gangue minerals via direct anionic flotation in industrial plants around the world. In this thesis, the wettability of apatite (treated or not with sodium oleate- NaOl at pH=10.5) was characterized by the advancing water contact angle (TETAa), work of adhesion (Wa) of water to apatite and the spreading coefficient (S) of water over the solid. Direct measurements of TETAa on either frontal-(010) or basal-(001) planes of a well formed apatite crystal from Ipirá-BA (apatite-Ipirá) were carried out via Captive Bubble (CB) method, whereas indirect determinations of TETAa were accomplished via Capillary Rise (CR) method by means of percolation of liquids (water and/or methanol) through particle beds of apatite-Ipirá and apatite-Cajati (from Cajati-SP). At CR method, the use of hexane was adequate to determine the magnitude of packing constant (c) for apatite particles of low wettability (TETAa>>0o), whereas water proved to be more appropriate to be used in the determination constant c for apatite particles non-treated with surfactants (TETAa~0o). Microflotation tests were conducted with apatite-Ipirá at pH=10.5 with NaOl (0-75mg/L) whereas gamma flotation tests were carried out with phosphate ore from Cajati-SP previously treated with starch (37.5mg/L) and sodium alkyl sarcosinate-Berol®867 (25mg/L) at pH=10.6. Results from measurements of TETAa and microflotation experiments indicated a cause-effect relationship between concentration of NaOl (0-75mg/L), wettability of apatite-Ipirá and its microflotation response: the highest recoveries were yielded at higher concentration of collector NaOl, higher values of TETAa, lower values of Wa and more negative the values of S. Values of TETAa directly measured on the faces of a crystal of apatite-Ipirá by CB method showed that NaOl adsorbs preferentially onto (010) plane compared to (001) plane. Moreover, the critical surface tension of wettability (GAMAc) of apatite-Ipirá, pre-treated with 75mg/L of NaOl, was 30.2erg/cm2 for (001)-plane versus 29.6erg/cm2 for (010)-plane. After being conditioned with flotation reagents (starch=37.5mg/L and Berol®867=25mg/L at pH=10.6) and floated at rougher stage, particles of apatite-Cajati exhibited TETAa=64.2o±1.1o. The value of GAMAc, determined via gamma flotation experiments was GAMAc~34.5erg/cm2; whereas GAMAc determined by cosTETA x GAMALV plots was GAMAc~33.9erg/cm2. Results from gamma flotation experiments with phosphate ore from Cajati showed a plateau of maximum apatite recovery (95-98%) when 52.7erg/cm2<GAMALV<72.9erg/cm2. Unlike apatite, the recovery of gangue minerals (silicates and carbonates) was strictly ascending when GAMALV was increased. The highest Efficiency of Separation apatite/gangue (E.S. = recovery of apatite minus recovery of gangue) was attained at GAMALV=50.5erg/cm2 for apatite/silicates and at GAMALV=51.4erg/cm2 for apatite/carbonates. The results from gamma flotation experiments indicate that, at the industrial plant of Cajati-SP, GAMALV can be modulated by collector dosage, and its magnitude can provide guidance to practitioners to make decision on collector dosage to achieve a desired value of GAMALV which promotes the best selectivity of the separation apatite/gangue. Notwithstanding, the lack of suitable instruments to accomplish on-line reliable measurements of GAMALV has been hindering the implementation of those measurements at industrial circuits. This way, decisions on collector dosage made by practitioners continue to be based rather on empirical than on scientific approach.

Este trabalho aborda a molhabilidade de apatita por água em temperatura ambiente (20-25°C) objetivando contribuir para um melhor entendimento de seu comportamento em sistemas de flotação. Água, devido às fortes forças atrativas entre suas moléculas, não espalha completamente sobre sólidos de baixa energia como apatita pré-tratada com surfatantes aniônicos de cadeia longa. Este comportamento é explorado por engenheiros de processamento mineral para separar apatita de minerais de ganga via flotação aniônica direta em circuitos industriais ao redor do mundo. Nesta tese, a molhabilidade de apatita (tratada ou não com oleato de sódio-NaOl em pH=10,5) foi caracterizada pelo ângulo de contato de avanço da água (TETAa), trabalho de adesão (Wa) da água sobre apatita e coeficiente de espalhamento (S) de água sobre o sólido. Medidas diretas de TETAa sobre os planos frontal (010) e basal (001) de um cristal de apatita bem definido proveniente de Ipirá- BA (apatita-Ipirá) foram executadas pelo Método da Bolha Cativa (MBC), enquanto determinações indiretas de TETAa foram realizadas pelo Método da Ascensão Capilar (MAC) através da percolação de líquidos (água e/ou metanol) através de leitos partículas de apatita-Ipirá ou apatita-Cajati (proveniente de Cajati-SP). No MAC, o uso de hexano foi adequado para determinar a magnitude da constante de empacotamento (c) para partículas de apatita de baixa molhabilidade (TETAa>>0°), enquanto que a água se mostrou mais apropriada para ser usada na determinação da constante c para partículas de apatita não tratadas com surfatantes (TETAa~0o). Ensaios de microflotação foram conduzidos com apatita-Ipirá em pH=10,5 e com NaOl (0-75mg/L) enquanto ensaios de flotação gama foram executados com minério de fosfato proveniente de Cajati-SP previamente tratado com amido (37,5mg/L) e alquil sarcosinato de sódio-Berol®867 (25mg/L) em pH=10,6. Os resultados das medidas de TETAa e dos ensaios de microflotação indicaram uma relação de causa-efeito entre a concentração de NaOl (0-75mg/L), molhabilidade de apatita-Ipirá e sua resposta à microflotação: as maiores recuperações foram obtidas com as maiores concentrações do coletor NaOl, maiores valores de TETAa, menores valores de Wa e valores mais negativos de S. Os valores de TETAa diretamente medidos sobre as faces de um cristal de apatita-Ipirá pelo MBC mostrou que NaOl adsorve preferencialmente sobre o plano (010) comparado ao plano (001). Além disso, a tensão superficial crítica de molhabilidade (GAMAc) da apatita-Ipirá, pré-tratada com 75mg/L de NaOl, foi de 30,2erg/cm2 para o plano (001) versus 29,6erg/cm2 para o plano (010). Após serem condicionadas com reagentes de flotação (amido=37,5mg/L e Berol®867=25mg/L em pH=10,6) e flotadas em estágio rougher, partículas de apatita-Cajati exibiram TETAa=64.2°±1.1°. O valor de GAMAc, determinado via experimentos de flotação gama foi GAMAc~34,5erg/cm2; enquanto GAMAc determinado por diagramas cosTETA x GAMALV foi de GAMAc~33,9erg/cm2. Os resultados de flotação gama com o minério de fosfato de Cajati mostrou um platô de máxima recuperação de apatita (95-98%) quando 52,7erg/cm2<GAMALV<72,9erg/cm2. Ao contrário da apatita, a recuperação dos minerais de ganga (silicatos e carbonatos) foi estritamente ascendente com o aumento de GAMALV. A maior Eficiência de Separação apatita/ganga (E.S. = recuperação de apatita menos a recuperação de ganga) foi obtida em GAMALV=50,5erg/cm2 para apatita/silicatos e em GAMALV=51,4erg/cm2 para apatita/carbonatos. Os resultados dos experimentos de flotação gama indicaram que, no circuito industrial de Cajati-SP, GAMALV pode ser modulada pela dosagem do coletor, e sua magnitude pode guiar engenheiros na tomada de decisões a respeito da dosagem de coletor que promova a maior seletividade de separação apatita/ganga. Entretanto, a falta de instrumentos apropriados para realizar medidas on-line confiáveis de GAMALV tem impedido a execução destas medidas em circuitos industriais. Deste modo, decisões a respeito da dosagem do coletor feitas pelos engenheiros continuam a ser baseadas em uma abordagem empírica ao invés de científica. / This work approaches the wetting of apatite by water at room temperature (20-25°C) aiming at to contribute towards a better understanding of its behavior in flotation systems. Water, because of its powerful attractive forces, does not readily spread over the surface of low energy solids as apatite pre-treated with anionic long chain surfactants. This behavior is exploited by mineral processing engineers to separate apatite from gangue minerals via direct anionic flotation in industrial plants around the world. In this thesis, the wettability of apatite (treated or not with sodium oleate- NaOl at pH=10.5) was characterized by the advancing water contact angle (TETAa), work of adhesion (Wa) of water to apatite and the spreading coefficient (S) of water over the solid. Direct measurements of TETAa on either frontal-(010) or basal-(001) planes of a well formed apatite crystal from Ipirá-BA (apatite-Ipirá) were carried out via Captive Bubble (CB) method, whereas indirect determinations of TETAa were accomplished via Capillary Rise (CR) method by means of percolation of liquids (water and/or methanol) through particle beds of apatite-Ipirá and apatite-Cajati (from Cajati-SP). At CR method, the use of hexane was adequate to determine the magnitude of packing constant (c) for apatite particles of low wettability (TETAa>>0o), whereas water proved to be more appropriate to be used in the determination constant c for apatite particles non-treated with surfactants (TETAa~0o). Microflotation tests were conducted with apatite-Ipirá at pH=10.5 with NaOl (0-75mg/L) whereas gamma flotation tests were carried out with phosphate ore from Cajati-SP previously treated with starch (37.5mg/L) and sodium alkyl sarcosinate-Berol®867 (25mg/L) at pH=10.6. Results from measurements of TETAa and microflotation experiments indicated a cause-effect relationship between concentration of NaOl (0-75mg/L), wettability of apatite-Ipirá and its microflotation response: the highest recoveries were yielded at higher concentration of collector NaOl, higher values of TETAa, lower values of Wa and more negative the values of S. Values of TETAa directly measured on the faces of a crystal of apatite-Ipirá by CB method showed that NaOl adsorbs preferentially onto (010) plane compared to (001) plane. Moreover, the critical surface tension of wettability (GAMAc) of apatite-Ipirá, pre-treated with 75mg/L of NaOl, was 30.2erg/cm2 for (001)-plane versus 29.6erg/cm2 for (010)-plane. After being conditioned with flotation reagents (starch=37.5mg/L and Berol®867=25mg/L at pH=10.6) and floated at rougher stage, particles of apatite-Cajati exhibited TETAa=64.2o±1.1o. The value of GAMAc, determined via gamma flotation experiments was GAMAc~34.5erg/cm2; whereas GAMAc determined by cosTETA x GAMALV plots was GAMAc~33.9erg/cm2. Results from gamma flotation experiments with phosphate ore from Cajati showed a plateau of maximum apatite recovery (95-98%) when 52.7erg/cm2<GAMALV<72.9erg/cm2. Unlike apatite, the recovery of gangue minerals (silicates and carbonates) was strictly ascending when GAMALV was increased. The highest Efficiency of Separation apatite/gangue (E.S. = recovery of apatite minus recovery of gangue) was attained at GAMALV=50.5erg/cm2 for apatite/silicates and at GAMALV=51.4erg/cm2 for apatite/carbonates. The results from gamma flotation experiments indicate that, at the industrial plant of Cajati-SP, GAMALV can be modulated by collector dosage, and its magnitude can provide guidance to practitioners to make decision on collector dosage to achieve a desired value of GAMALV which promotes the best selectivity of the separation apatite/gangue. Notwithstanding, the lack of suitable instruments to accomplish on-line reliable measurements of GAMALV has been hindering the implementation of those measurements at industrial circuits. This way, decisions on collector dosage made by practitioners continue to be based rather on empirical than on scientific approach.

Este trabalho apresenta os resultados de pesquisas realizadas com rejeitos de bauxitas, provenientes da usina operada pela Companhia Brasileira de Alumínio CBA, em Itamarati de Minas, MG. O circuito industrial da CBA tem operações de escrubagem, peneiramento, deslamagem e separação de minerais pesados, através de um circuito de concentração em espirais Reichert e de separação magnética. Porém, ainda são perdidos importantes teores de alumina aproveitável na fração fina, que é atualmente considerada rejeito. A flotação reversa da sílica insolúvel presente neste rejeito, seguida de separação magnética do produto deprimido, permite recuperar gibbsita, e produzir areia para construção civil e manutenção de estradas. O concentrado magnético pode ser usado como aditivo de carga na produção de cimento Portland. Portanto, o beneficiamento desta fração, além da importância econômica, vem contribuir para a conservação dos recursos minerais. Através de ensaios em bancada e em usina piloto, este trabalho demonstra a aplicabilidade deste processo a bauxitas de Miraí, sudeste de Minas Gerais. Após a separação magnética, obtém-se um concentrado com recuperações de 28,8% em massa e 81,2% metalúrgica, com 54% de alumina aproveitável e relação Al2O3/SiO2 de 12,6. Os resultados aqui obtidos indicam viabilidade para aplicação industrial do processo desenvolvido. / This research presents the results achieved by the author in recovering gibbsite from industrial bauxite tailings. The tailings samples were provided by Companhia Brasileira de Alumínio CBA, from it´s Itamarati de Minas, MG plant. The CBA´s Itamarati de Minas plant has a complete circuit of scrubbing, desliming, and heavy minerals separation in spiral concentrators, complemented by high intensity magnetic separation, but it still loses the values contained in the fine fraction of the beneficiated ore, which currently consists of a tailing. Reverse flotation of the insoluble silica present in this tailings stream, followed by magnetic separation of the depressed product, allows to recover gibbsite, and produces silica sand, which can be used in civil construction work and road maintenance. The magnetic concentrate can be used as a charge additive to Portland cement production. Thus, the beneficiation of this fraction is important both economically and for mineral resources conservation. Through experimentation on bench and at pilot plant scale tests, this work explores the feasibility of such a process to the bauxites from Miraí, southeastern Minas Gerais state. After magnetic separation, the concentrate reached available alumina grades of 54% at pilot plant, with 28.8% mass recovery and 81.2% metallurgical recovery, with a Al2O3/SiO2 ratio of 12.6. This shows viability for industrial scale application of the process.

Esta tese investiga o efeito de dissipação de energia (energy input) sobre a cinética de flotação de apatita em meio básico (pH 10,5) utilizando oleato de sódio (40 mg/L e 80 mg/L) como coletor. Uma célula de flotação com agitação promovida por grades oscilantes (OGC - Oscilating Grid Flotation Cell), desenvolvida especialmente para avaliação do efeito de energia dissipada na flotação, foi adotada para o estudo devido à célula apresentar uma turbulência praticamente isotrópica, enquanto que as células mecânicas convencionais de flotação geram regiões com diferentes níveis de turbulência, visto que, próximo ao rotor a turbulência é muito maior que nas regiões mais afastadas. A agitação gerada pelo impelidor interfere em todos os sub-processos da flotação: colisão entre bolhas e partículas, adesão e destacamento (detachment). A macroturbulência na célula de flotação suspende as partículas no interior da célula, enquanto a microturbulência dispersa as bolhas e promove as colisões entre as bolhas e as partículas. Todos estes fenômenos podem influenciar a cinética do processo. Além disso, pelo fato das partículas muito grossas (+150&#181;m) e finas (-44&#181;m) de apatita apresentarem recuperações mais baixas do que uma faixa de tamanho ótimo, é importante estudar a influência da dissipação de energia na cinética dessas partículas. Os resultados mostraram que a cinética de flotação de apatita é fortemente influenciada pela dissipação de energia, pelo tamanho das partículas e pela concentração de coletor (ângulo de contato). As partículas finas (-44&#181;m) exigem um elevado nível de energia (2 kW.m-3), devido ao aumento das frequências de colisão entre bolhas e partículas, esse aumento de energia não destruiu o agregado bolha/partícula para fração fina. Por outro lado, a cinética de flotação de partículas grossas (+150&#181;m) foi fortemente afetada pelo aumento da energia transferida, os maiores valores da constante cinética para os grossos foram obtidos com o menor nível de dissipação de energia testado (0,1 kW.m-3), qualquer aumento na turbulência apresentou uma redução na taxa de flotação de no mínimo 40%, devido à destruição do agregado de partículas/bolha. O efeito da hidrofobicidade da apatita foi avaliado através de testes de flotação com duas concentrações de coletor (40 e 80g/L). A alta concentração de coletor (80g/L) apresentou resultados mais elevados de constante cinética para todos os níveis de dissipação de energia e para qualquer tamanho de partícula. Estes resultados evidenciam a influência da hidrofobicidade na adesão e na estabilidade do agregado partícula/bolha. / This thesis investigates the effect of energy dissipation (also called energy input) on the flotation kinetics of apatite in basic medium (pH10.5) with sodium oleate (40mg/L and 80mg/L) as collector. A special equipment called Oscillating Grid Flotation Cell (OGC) was adopted because the movement of the grids inside OGC creates a near isotropic turbulence, whereas the conventional mechanical flotation cells generate regions with different levels of turbulence: the intensity of turbulence is strongly higher close to the impeller and is very low far from it. The agitation created by the impeller influences all flotation sub process: particle/bubble collision, adhesion and detachment. Macroturbulence promotes the particle suspension inside the cell, whilst microturbulence disperses the bubbles and promotes collisions between bubbles and particles. All these phenomena influence the kinetics of the process. Moreover, because very coarse (+150&#181;m) and fine (-44&#181;m) particles of apatite show lower recovery than an optimum size range, it is important to study the influence of energy input on the kinetics of these sort of particles. The results showed that flotation kinetics of apatite is strongly influenced by the energy input, particle size and collector concentration (contact angle). Fine particles (-44&#181;m) require high energy input (2 kW.m-3) probably to promote collision and the increase of energy input did not destroy the bubble/particle aggregate. Conversely, the flotation kinetics of coarse particles (+150&#181;m) was strongly affected by energy input: 0,1 kW.m-3 promoted high flotation rate, but increasing the energy input to any higher level the flotation kinetics exhibits a clear decay, probably due to the destruction of the aggregate particle/bubble. The effect of hydrophobicity is evaluated testing two collector concentrations. With high collector concentration the flotation rate increased for all levels of energy input, these results evidenced the influence of hydrophobicity on the attachment and stability of the aggregate particle/bubble.

Os processos envolvidos no beneficiamento do carvão produzem efeitos nocivos para o meio ambiente, principalmente pela quantidade e natureza dos rejeitos que são gerados. Estes rejeitos comumente denominados piritosos, mesmo não apresentando altos conteúdos de pirita, constituem um material ácido que causa efeitos nocivos ao meio ambiente, principalmente aos corpos dágua. Estes rejeitos geralmente são depositados em barragens de rejeitos. Operações de beneficiamento como a flotação, consagrada na recuperação de finos, podem desempenhar um importante papel no processo de recuperação destes rejeitos de partículas ultrafinas. O rejeito carbonoso estudado nesta pesquisa provém da barragem de rejeitos El Cantor, localizada na Colômbia, na mina El Cerrejón. O processo de beneficiamento envolve ciclones de meio denso e espirais. A caracterização revelou que o material possuim teor de cinzas de 56% e poder calorífico de 5.800 BTU/lb, o teor de enxofre é 1,2%. Em termos de granulometria o material é considerado ultrafino já que 63% é menor que 0,014 mm. O conteúdo de matéria carbonosa deste rejeito é facilmente recuperado por flotação, como se demonstra neste trabalho. É possível recuperar 74% da matéria carbonosa e obter um produto com 7,3% de cinzas e poder calorífico de 14.225 BTU/lb em base seca. / The processes involved in coal preparation generate harmful effects to the environment, mainly due to the quantity and nature of the wastes that are generated. These tailings generally called pyritic, not even showing high content of pyrite are an acid material, harmful to the environment. These tailings are usually disposed of in tailings dams. Froth flotation will be important as a coal preparation process to recover these ultrafine particles. The tailings, studied in this work come from a process involving dense medium cyclones and spirals. They have an ash content of 56% and a calorific value of 5,800 BTU / lb, the sulfur content is 1.2%. In terms of size the material is considered as ultrafine as 63% is less than 0.014 mm. The coal matter content of these tails is easily recovered by froth flotation, as evidenced in this work. It is possible to recover 74% of the coal matter and to obtain a product with 7.3% ash and calorific value of 14,225 BTU / lb in dry basis.

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.

Este trabalho apresenta os resultados de pesquisas realizadas com rejeitos de bauxitas, provenientes da usina operada pela Companhia Brasileira de Alumínio CBA, em Itamarati de Minas, MG. O circuito industrial da CBA tem operações de escrubagem, peneiramento, deslamagem e separação de minerais pesados, através de um circuito de concentração em espirais Reichert e de separação magnética. Porém, ainda são perdidos importantes teores de alumina aproveitável na fração fina, que é atualmente considerada rejeito. A flotação reversa da sílica insolúvel presente neste rejeito, seguida de separação magnética do produto deprimido, permite recuperar gibbsita, e produzir areia para construção civil e manutenção de estradas. O concentrado magnético pode ser usado como aditivo de carga na produção de cimento Portland. Portanto, o beneficiamento desta fração, além da importância econômica, vem contribuir para a conservação dos recursos minerais. Através de ensaios em bancada e em usina piloto, este trabalho demonstra a aplicabilidade deste processo a bauxitas de Miraí, sudeste de Minas Gerais. Após a separação magnética, obtém-se um concentrado com recuperações de 28,8% em massa e 81,2% metalúrgica, com 54% de alumina aproveitável e relação Al2O3/SiO2 de 12,6. Os resultados aqui obtidos indicam viabilidade para aplicação industrial do processo desenvolvido. / This research presents the results achieved by the author in recovering gibbsite from industrial bauxite tailings. The tailings samples were provided by Companhia Brasileira de Alumínio CBA, from it´s Itamarati de Minas, MG plant. The CBA´s Itamarati de Minas plant has a complete circuit of scrubbing, desliming, and heavy minerals separation in spiral concentrators, complemented by high intensity magnetic separation, but it still loses the values contained in the fine fraction of the beneficiated ore, which currently consists of a tailing. Reverse flotation of the insoluble silica present in this tailings stream, followed by magnetic separation of the depressed product, allows to recover gibbsite, and produces silica sand, which can be used in civil construction work and road maintenance. The magnetic concentrate can be used as a charge additive to Portland cement production. Thus, the beneficiation of this fraction is important both economically and for mineral resources conservation. Through experimentation on bench and at pilot plant scale tests, this work explores the feasibility of such a process to the bauxites from Miraí, southeastern Minas Gerais state. After magnetic separation, the concentrate reached available alumina grades of 54% at pilot plant, with 28.8% mass recovery and 81.2% metallurgical recovery, with a Al2O3/SiO2 ratio of 12.6. This shows viability for industrial scale application of the process.

Os processos envolvidos no beneficiamento do carvão produzem efeitos nocivos para o meio ambiente, principalmente pela quantidade e natureza dos rejeitos que são gerados. Estes rejeitos comumente denominados piritosos, mesmo não apresentando altos conteúdos de pirita, constituem um material ácido que causa efeitos nocivos ao meio ambiente, principalmente aos corpos dágua. Estes rejeitos geralmente são depositados em barragens de rejeitos. Operações de beneficiamento como a flotação, consagrada na recuperação de finos, podem desempenhar um importante papel no processo de recuperação destes rejeitos de partículas ultrafinas. O rejeito carbonoso estudado nesta pesquisa provém da barragem de rejeitos El Cantor, localizada na Colômbia, na mina El Cerrejón. O processo de beneficiamento envolve ciclones de meio denso e espirais. A caracterização revelou que o material possuim teor de cinzas de 56% e poder calorífico de 5.800 BTU/lb, o teor de enxofre é 1,2%. Em termos de granulometria o material é considerado ultrafino já que 63% é menor que 0,014 mm. O conteúdo de matéria carbonosa deste rejeito é facilmente recuperado por flotação, como se demonstra neste trabalho. É possível recuperar 74% da matéria carbonosa e obter um produto com 7,3% de cinzas e poder calorífico de 14.225 BTU/lb em base seca. / The processes involved in coal preparation generate harmful effects to the environment, mainly due to the quantity and nature of the wastes that are generated. These tailings generally called pyritic, not even showing high content of pyrite are an acid material, harmful to the environment. These tailings are usually disposed of in tailings dams. Froth flotation will be important as a coal preparation process to recover these ultrafine particles. The tailings, studied in this work come from a process involving dense medium cyclones and spirals. They have an ash content of 56% and a calorific value of 5,800 BTU / lb, the sulfur content is 1.2%. In terms of size the material is considered as ultrafine as 63% is less than 0.014 mm. The coal matter content of these tails is easily recovered by froth flotation, as evidenced in this work. It is possible to recover 74% of the coal matter and to obtain a product with 7.3% ash and calorific value of 14,225 BTU / lb in dry basis.

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.

Esta tese investiga o efeito de dissipação de energia (energy input) sobre a cinética de flotação de apatita em meio básico (pH 10,5) utilizando oleato de sódio (40 mg/L e 80 mg/L) como coletor. Uma célula de flotação com agitação promovida por grades oscilantes (OGC - Oscilating Grid Flotation Cell), desenvolvida especialmente para avaliação do efeito de energia dissipada na flotação, foi adotada para o estudo devido à célula apresentar uma turbulência praticamente isotrópica, enquanto que as células mecânicas convencionais de flotação geram regiões com diferentes níveis de turbulência, visto que, próximo ao rotor a turbulência é muito maior que nas regiões mais afastadas. A agitação gerada pelo impelidor interfere em todos os sub-processos da flotação: colisão entre bolhas e partículas, adesão e destacamento (detachment). A macroturbulência na célula de flotação suspende as partículas no interior da célula, enquanto a microturbulência dispersa as bolhas e promove as colisões entre as bolhas e as partículas. Todos estes fenômenos podem influenciar a cinética do processo. Além disso, pelo fato das partículas muito grossas (+150&#181;m) e finas (-44&#181;m) de apatita apresentarem recuperações mais baixas do que uma faixa de tamanho ótimo, é importante estudar a influência da dissipação de energia na cinética dessas partículas. Os resultados mostraram que a cinética de flotação de apatita é fortemente influenciada pela dissipação de energia, pelo tamanho das partículas e pela concentração de coletor (ângulo de contato). As partículas finas (-44&#181;m) exigem um elevado nível de energia (2 kW.m-3), devido ao aumento das frequências de colisão entre bolhas e partículas, esse aumento de energia não destruiu o agregado bolha/partícula para fração fina. Por outro lado, a cinética de flotação de partículas grossas (+150&#181;m) foi fortemente afetada pelo aumento da energia transferida, os maiores valores da constante cinética para os grossos foram obtidos com o menor nível de dissipação de energia testado (0,1 kW.m-3), qualquer aumento na turbulência apresentou uma redução na taxa de flotação de no mínimo 40%, devido à destruição do agregado de partículas/bolha. O efeito da hidrofobicidade da apatita foi avaliado através de testes de flotação com duas concentrações de coletor (40 e 80g/L). A alta concentração de coletor (80g/L) apresentou resultados mais elevados de constante cinética para todos os níveis de dissipação de energia e para qualquer tamanho de partícula. Estes resultados evidenciam a influência da hidrofobicidade na adesão e na estabilidade do agregado partícula/bolha. / This thesis investigates the effect of energy dissipation (also called energy input) on the flotation kinetics of apatite in basic medium (pH10.5) with sodium oleate (40mg/L and 80mg/L) as collector. A special equipment called Oscillating Grid Flotation Cell (OGC) was adopted because the movement of the grids inside OGC creates a near isotropic turbulence, whereas the conventional mechanical flotation cells generate regions with different levels of turbulence: the intensity of turbulence is strongly higher close to the impeller and is very low far from it. The agitation created by the impeller influences all flotation sub process: particle/bubble collision, adhesion and detachment. Macroturbulence promotes the particle suspension inside the cell, whilst microturbulence disperses the bubbles and promotes collisions between bubbles and particles. All these phenomena influence the kinetics of the process. Moreover, because very coarse (+150&#181;m) and fine (-44&#181;m) particles of apatite show lower recovery than an optimum size range, it is important to study the influence of energy input on the kinetics of these sort of particles. The results showed that flotation kinetics of apatite is strongly influenced by the energy input, particle size and collector concentration (contact angle). Fine particles (-44&#181;m) require high energy input (2 kW.m-3) probably to promote collision and the increase of energy input did not destroy the bubble/particle aggregate. Conversely, the flotation kinetics of coarse particles (+150&#181;m) was strongly affected by energy input: 0,1 kW.m-3 promoted high flotation rate, but increasing the energy input to any higher level the flotation kinetics exhibits a clear decay, probably due to the destruction of the aggregate particle/bubble. The effect of hydrophobicity is evaluated testing two collector concentrations. With high collector concentration the flotation rate increased for all levels of energy input, these results evidenced the influence of hydrophobicity on the attachment and stability of the aggregate particle/bubble.