O presente estudo refere-se à caracterização tecnológica de tipos de minério de fosfato residual do complexo alcalino-carbonatítico de Salitre (MG), em área de interesse da Fosfertil. O procedimento experimental consistiu de moagem das amostras abaixo de 0,21 mm, análise granulométrica por peneiramento a úmido e separações minerais (líquido denso e Frantz). A composição mineralógica bem como a liberação da apatita e suas formas de associação com a ganga foram determinadas através de sistema de análise de imagens por feixe de elétrons (Mineral Liberation Analyser), com apoio de análises por DRX e MEV/EDS. As composições químicas dos produtos gerados foram determinadas por FRX. Seis amostras com graus distintos de intemperismo foram estudadas: apatitito (APAT), foscorito intemperizado (FIT), foscorito silicificado (FST), zona de mistura (ZMT), piroxenito intemperizado (PIT) e piroxenito (PXT). Os teores de P2O5 variam de 9 a 25% e a composição mineralógica é similar para todas as amostras, variando apenas as proporções relativas entre as espécies minerais. As amostras mais intemperizadas (APAT e FIT) são basicamente constituídas por apatita e magnetita; a amostra PIT apresenta também conteúdos elevados de filossilicatos e quartzo. Já as amostras menos intemperizadas (PXT, FST e ZMT) contêm maiores proporções de filossilicatos e diopsídio, principalmente a amostra PXT. A parcela de fósforo não apatítico varia de 10 a 20% nas amostras PIT e FIT e de 1 a 6% nas demais, sendo mais expressiva nos finos (<0,020 mm). Para cominuição abaixo de 0,21 mm, o conteúdo de finos varia de 20 a 34% e a parcela de fósforo associada a estes é de 13 e 16% nas amostras APAT, FIT e PIT e de 19 a 21% nas demais. Acima de 0,020 mm, a apatita representa de 96 a 98% do P2O5 (89% na amostra PIT); a liberação da apatita é superior a 90% nas amostras APAT, FIT e PIT, variando de 85 a 89% nas demais. Os resultados obtidos sugerem que a composição mineralógica e suas formas de associação não devem opor maiores dificuldades à concentração da apatita por flotação, podendo-se, em princípio, restringir a variabilidade do minério estudado a três tipos principais para fins de processamento mineral. / The present study refers to the technological characterization of residual phosphate ore types from Salitre alkaline-carbonatitic complex (MG), in Fosfertil area. The procedure comprised grinding the samples bellow 0.21 mm, size analysis by wet screening and mineral separations (heavy liquid and Frantz). Mineralogical composition as well as apatite liberation and its associations to gangue minerals were determined by SEM-based image analysis (Mineral Liberation Analyser) and supported by XRD and SEM/EDS. Chemical compositions of all generated products were determined by XRF. Six samples with different weathering grades were studied: apatitite (APT), weathered foskorite (FIT), silicified foskorite (FST), mixture zone (ZMT), weathered piroxenite (PIT) and piroxenite (PXT). The P2O5 grades vary from 9 to 25% and mineralogical composition is similar to all samples, varying only the relative proportions among mineral species. The deeply weathered samples (APAT and FIT) are basically constituted by apatite and magnetite; PIT shows also high content of phyllosilicates and quartz. On the other hand, the less weathered samples (FST, ZMT and PXT) have major amounts of phyllosilicates and diopside, especially PXT. The non-apatitic phosphor varies from 10 to 20% in samples PIT and FIT and from 1 to 6% in the others; these contents are mostly expressive in fines (<0.020 mm). The fine content, considering comminution under 0.21 mm, varies between 20 and 34% w/w, while the related distribution of apatitic phosphor corresponds from 13 to 16% in the samples APAT, FIT and PIT and from 19 to 21% in the others. Above 0,020 mm, apatite represents 96 to 98% of total phosphor (89% in sample PIT); its liberation grade overcomes 90% in APAT, FIT and PIT, varying from 85 to 89% in the other samples. The results suggest that mineralogical composition and its associations should not oppose major difficulties to apatite concentration by froth flotation and that might be possible to restrict the ore variability to three main oretypes for mineral processing.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar as interações entre bolhas com distintos tamanhos (diâmetros) e partículas minerais e o efeito de combinações destas bolhas na flotação de minérios, em escala de bancada. As bolhas empregadas nesses estudos foram: i) Nanobolhas – NBs, diâmetro médio de 150 – 200 nm; ii) Microbolhas – MBs, diâmetro médio de 70 μm; e iii) Macrobolhas – MaBs, diâmetro médio de 1 mm. As dispersões de NBs e MBs foram geradas a partir da despressurização de água saturada com ar e cavitação hidrodinâmica em válvula agulha. As pressões de saturação foram, respectivamente, 2,5 e 4,0 bar. Os estudos de interação bolhas-partícula mineral foram desenvolvidos utilizando um sistema fotográfico que permitiu avaliar a adesão de bolhas às partículas de quartzo (grão de alta pureza) e apatita em função do tipo de bolhas injetadas. Os resultados mostraram que a maior adesão de bolhas no grão de apatita ocorreu com a combinação de NBs + MBs + MaBs e, no caso do quartzo, uma expressiva concentração de MaBs aderidas foi obtida após “condicionamento” do mineral com NBs. As NBs ficaram confinadas às superfícies dos grãos minerais devido à dissipação da energia livre superficial dos sólidos em função de sua rugosidade e, desta forma, aumentaram o mecanismo de adesão de outras bolhas (MBs e/ou MaBs). O estudo de avaliação das associações de bolhas na flotação foi realizado com os sistemas minerais quartzo e minério fosfático. No caso do minério fosfático, constituído por 35% de partículas finas (< 37 μm), os estudos avaliaram a combinação de i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; e iii) NBs + MBs + MaBs, nos parâmetros cinéticos e de separação na flotação, em relação ao ensaio standard, que emprega o uso de apenas MaBs. Os efeitos foram avaliados em quatro situações que compreenderam variação de porcentagem de sólidos (28 e 35% em peso) e concentração de reagentes (1000 g.t-1 de coletor + 600 g.t-1 de depressor; e 500 g.t-1 de coletor + 300 g.t-1 de depressor; sendo que o coletor de apatita empregado foi óleo de soja saponificado com hidróxido de sódio e o depressor das partículas de ganga - magnetita, carbonatos, micas, quartzo, diopsídio e perovskita/anatásio - foi amido de milho gelatinizado com hidróxido de sódio). O emprego combinado de bolhas apresentou incrementos na recuperação de P2O5, com pequena queda no teor de P2O5 e elevada cinética, em relação aos ensaios STD em praticamente todas as condições estudadas, com valores variando entre 0,2 e 8.9%. Os incrementos quando a porcentagem de sólidos foi de 35% p/p (até 2,7%) foram consideravelmente menores que os obtidos com 28% de sólidos (até 8,9%). Em algumas condições, o uso concomitante de MBs + MaBs e NBs + MBs + MaBs foi capaz de superar, já na primeira coleta (1,5 min de ensaio), a recuperação total de fosfato obtida no ensaio standard. No caso do quartzo, os ensaios de microflotação (realizados em tubo de Hallimond modificado) com e sem a presença de NBs mostraram que a associação de NBs às MaBs aumentou a recuperação de quartzo (até 39%) em praticamente todas as condições estudadas, mostrando sua efetividade tanto com partículas finas quanto com as mais grossas. Já os ensaios realizados em célula mecânica com e sem adição de NBs, mostraram que o emprego de NBs foi responsável pelo aumento de 23 pontos percentuais na recuperação de quartzo. Ainda, a cinética de flotação aumentou significativamente e já no primeiro min do ensaio com NBs obteve-se cerca do dobro da recuperação de quartzo do ensaio standard. Os resultados obtidos na dissertação mostram o elevado potencial das NBs combinadas a outras distribuições de tamanhos de bolhas na melhoria do processo de adesão bolha-partícula e na flotação de minérios fosfáticos finos e de frações granulométricas distintas de quartzo, principalmente em tempos curtos. / The objective of this work was to evaluate the interactions between bubbles with different sizes (diameters) and mineral particles and the effect of the combinations of these bubbles on the flotation of ores, on a bench scale. The bubbles used in these studies were: i) Nanobubbles - NBs, mean diameter of 150-200 nm; ii) Microbubbles - MBs, average diameter of 70 μm; and iii) Macrobubbles - MaBs, average diameter of 1 mm. Dispersions of NBs and MBs were generated after depressurizing-cavitation of the saturated water in air. The saturation pressures were, respectively, 2.5 and 4.0 bar. The bubble-particle mineral interaction studies were developed using a photographic system that allowed to evaluate the adhesion of bubbles to the particles of quartz (high purity grain) and apatite according to the type of bubbles injected. The results showed that the highest adhesion of bubbles in the apatite grain occurred with the combination of NBs + MBs + MaBs and, in the case of quartz, an expressive concentration of adhered MaBs was obtained after "conditioning" of the mineral with NBs. The NBs were confined to the surfaces of the mineral grains as a result of the dissipation of the free surface energy of the solids due to their roughness and, therefore, it increased the adhesion mechanism of other bubbles (MBs and / or MaBs). The study of the evaluation of the associations of bubbles in the flotation was carried out with the mineral systems quartz and phosphate ore. In the case of phosphate ore, consisting of 35% fine particles (<37 μm), the studies evaluated the combination of i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; and iii) NBs + MBs + MaBs, in the kinetics and flotation separation parameters, in relation to the standard test, which employs the use of only MaBs. The effects were evaluated in four situations involving percentage of solids (28 and 35% by weight) and concentration of reagents (1000 g·t-1 collector + 600 g·t-1 depressant and 500 g·t-1 collector + 300 g·t-1 of depressor; the apatite collector used was a saponified soybean oil with sodium hydroxide and the depressant of the ganga - magnetite, carbonates, micas, quartz, diopside and perovskite / anatase particles - was a gelatinized corn starch with sodium hydroxide). The combined use of bubbles presented increases in the recovery of P2O5, with a small drop in P2O5 content and high kinetics, in relation to the STD tests in practically all the studied conditions, with values varying between 0.2 and 8.9%. The increments when the percentage of solids was 35% w/w (up to 2.7%) were considerably lower than those obtained with 28% solids (up to 8.9%). In some conditions, the concomitant use of MBs + MaBs and NBs + MBs + MaBs was able to overcome, in the first min and a half of the test, the total phosphate recovery obtained in the standard tests. Regarding the quartz, the microflotation tests (performed in modified Hallimond tube) with and without the presence of NBs showed that the association of NBs with MaBs increased the recovery of quartz (up to 39%) in practically all the studied conditions, showing its effectiveness with both fine and coarse particles. However, the tests performed in mechanical cell with and without addition of NBs showed that the use of NBs was responsible for the increase of 23 percentage points in quartz recovery. Also, flotation kinetics increased significantly and ealier in the first min of the NBs test, about twice the quartz recovery of the standard test was achieved. The results obtained in the dissertation show the high potential of NBs combined with other bubble size distributions in the improvement of the bubble-particle adhesion process and the flotation of fine phosphatic or quartz granulometric fractions, especially in short times.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar as interações entre bolhas com distintos tamanhos (diâmetros) e partículas minerais e o efeito de combinações destas bolhas na flotação de minérios, em escala de bancada. As bolhas empregadas nesses estudos foram: i) Nanobolhas – NBs, diâmetro médio de 150 – 200 nm; ii) Microbolhas – MBs, diâmetro médio de 70 μm; e iii) Macrobolhas – MaBs, diâmetro médio de 1 mm. As dispersões de NBs e MBs foram geradas a partir da despressurização de água saturada com ar e cavitação hidrodinâmica em válvula agulha. As pressões de saturação foram, respectivamente, 2,5 e 4,0 bar. Os estudos de interação bolhas-partícula mineral foram desenvolvidos utilizando um sistema fotográfico que permitiu avaliar a adesão de bolhas às partículas de quartzo (grão de alta pureza) e apatita em função do tipo de bolhas injetadas. Os resultados mostraram que a maior adesão de bolhas no grão de apatita ocorreu com a combinação de NBs + MBs + MaBs e, no caso do quartzo, uma expressiva concentração de MaBs aderidas foi obtida após “condicionamento” do mineral com NBs. As NBs ficaram confinadas às superfícies dos grãos minerais devido à dissipação da energia livre superficial dos sólidos em função de sua rugosidade e, desta forma, aumentaram o mecanismo de adesão de outras bolhas (MBs e/ou MaBs). O estudo de avaliação das associações de bolhas na flotação foi realizado com os sistemas minerais quartzo e minério fosfático. No caso do minério fosfático, constituído por 35% de partículas finas (< 37 μm), os estudos avaliaram a combinação de i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; e iii) NBs + MBs + MaBs, nos parâmetros cinéticos e de separação na flotação, em relação ao ensaio standard, que emprega o uso de apenas MaBs. Os efeitos foram avaliados em quatro situações que compreenderam variação de porcentagem de sólidos (28 e 35% em peso) e concentração de reagentes (1000 g.t-1 de coletor + 600 g.t-1 de depressor; e 500 g.t-1 de coletor + 300 g.t-1 de depressor; sendo que o coletor de apatita empregado foi óleo de soja saponificado com hidróxido de sódio e o depressor das partículas de ganga - magnetita, carbonatos, micas, quartzo, diopsídio e perovskita/anatásio - foi amido de milho gelatinizado com hidróxido de sódio). O emprego combinado de bolhas apresentou incrementos na recuperação de P2O5, com pequena queda no teor de P2O5 e elevada cinética, em relação aos ensaios STD em praticamente todas as condições estudadas, com valores variando entre 0,2 e 8.9%. Os incrementos quando a porcentagem de sólidos foi de 35% p/p (até 2,7%) foram consideravelmente menores que os obtidos com 28% de sólidos (até 8,9%). Em algumas condições, o uso concomitante de MBs + MaBs e NBs + MBs + MaBs foi capaz de superar, já na primeira coleta (1,5 min de ensaio), a recuperação total de fosfato obtida no ensaio standard. No caso do quartzo, os ensaios de microflotação (realizados em tubo de Hallimond modificado) com e sem a presença de NBs mostraram que a associação de NBs às MaBs aumentou a recuperação de quartzo (até 39%) em praticamente todas as condições estudadas, mostrando sua efetividade tanto com partículas finas quanto com as mais grossas. Já os ensaios realizados em célula mecânica com e sem adição de NBs, mostraram que o emprego de NBs foi responsável pelo aumento de 23 pontos percentuais na recuperação de quartzo. Ainda, a cinética de flotação aumentou significativamente e já no primeiro min do ensaio com NBs obteve-se cerca do dobro da recuperação de quartzo do ensaio standard. Os resultados obtidos na dissertação mostram o elevado potencial das NBs combinadas a outras distribuições de tamanhos de bolhas na melhoria do processo de adesão bolha-partícula e na flotação de minérios fosfáticos finos e de frações granulométricas distintas de quartzo, principalmente em tempos curtos. / The objective of this work was to evaluate the interactions between bubbles with different sizes (diameters) and mineral particles and the effect of the combinations of these bubbles on the flotation of ores, on a bench scale. The bubbles used in these studies were: i) Nanobubbles - NBs, mean diameter of 150-200 nm; ii) Microbubbles - MBs, average diameter of 70 μm; and iii) Macrobubbles - MaBs, average diameter of 1 mm. Dispersions of NBs and MBs were generated after depressurizing-cavitation of the saturated water in air. The saturation pressures were, respectively, 2.5 and 4.0 bar. The bubble-particle mineral interaction studies were developed using a photographic system that allowed to evaluate the adhesion of bubbles to the particles of quartz (high purity grain) and apatite according to the type of bubbles injected. The results showed that the highest adhesion of bubbles in the apatite grain occurred with the combination of NBs + MBs + MaBs and, in the case of quartz, an expressive concentration of adhered MaBs was obtained after "conditioning" of the mineral with NBs. The NBs were confined to the surfaces of the mineral grains as a result of the dissipation of the free surface energy of the solids due to their roughness and, therefore, it increased the adhesion mechanism of other bubbles (MBs and / or MaBs). The study of the evaluation of the associations of bubbles in the flotation was carried out with the mineral systems quartz and phosphate ore. In the case of phosphate ore, consisting of 35% fine particles (<37 μm), the studies evaluated the combination of i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; and iii) NBs + MBs + MaBs, in the kinetics and flotation separation parameters, in relation to the standard test, which employs the use of only MaBs. The effects were evaluated in four situations involving percentage of solids (28 and 35% by weight) and concentration of reagents (1000 g·t-1 collector + 600 g·t-1 depressant and 500 g·t-1 collector + 300 g·t-1 of depressor; the apatite collector used was a saponified soybean oil with sodium hydroxide and the depressant of the ganga - magnetite, carbonates, micas, quartz, diopside and perovskite / anatase particles - was a gelatinized corn starch with sodium hydroxide). The combined use of bubbles presented increases in the recovery of P2O5, with a small drop in P2O5 content and high kinetics, in relation to the STD tests in practically all the studied conditions, with values varying between 0.2 and 8.9%. The increments when the percentage of solids was 35% w/w (up to 2.7%) were considerably lower than those obtained with 28% solids (up to 8.9%). In some conditions, the concomitant use of MBs + MaBs and NBs + MBs + MaBs was able to overcome, in the first min and a half of the test, the total phosphate recovery obtained in the standard tests. Regarding the quartz, the microflotation tests (performed in modified Hallimond tube) with and without the presence of NBs showed that the association of NBs with MaBs increased the recovery of quartz (up to 39%) in practically all the studied conditions, showing its effectiveness with both fine and coarse particles. However, the tests performed in mechanical cell with and without addition of NBs showed that the use of NBs was responsible for the increase of 23 percentage points in quartz recovery. Also, flotation kinetics increased significantly and ealier in the first min of the NBs test, about twice the quartz recovery of the standard test was achieved. The results obtained in the dissertation show the high potential of NBs combined with other bubble size distributions in the improvement of the bubble-particle adhesion process and the flotation of fine phosphatic or quartz granulometric fractions, especially in short times.

O presente trabalho teve como objetivo avaliar as interações entre bolhas com distintos tamanhos (diâmetros) e partículas minerais e o efeito de combinações destas bolhas na flotação de minérios, em escala de bancada. As bolhas empregadas nesses estudos foram: i) Nanobolhas – NBs, diâmetro médio de 150 – 200 nm; ii) Microbolhas – MBs, diâmetro médio de 70 μm; e iii) Macrobolhas – MaBs, diâmetro médio de 1 mm. As dispersões de NBs e MBs foram geradas a partir da despressurização de água saturada com ar e cavitação hidrodinâmica em válvula agulha. As pressões de saturação foram, respectivamente, 2,5 e 4,0 bar. Os estudos de interação bolhas-partícula mineral foram desenvolvidos utilizando um sistema fotográfico que permitiu avaliar a adesão de bolhas às partículas de quartzo (grão de alta pureza) e apatita em função do tipo de bolhas injetadas. Os resultados mostraram que a maior adesão de bolhas no grão de apatita ocorreu com a combinação de NBs + MBs + MaBs e, no caso do quartzo, uma expressiva concentração de MaBs aderidas foi obtida após “condicionamento” do mineral com NBs. As NBs ficaram confinadas às superfícies dos grãos minerais devido à dissipação da energia livre superficial dos sólidos em função de sua rugosidade e, desta forma, aumentaram o mecanismo de adesão de outras bolhas (MBs e/ou MaBs). O estudo de avaliação das associações de bolhas na flotação foi realizado com os sistemas minerais quartzo e minério fosfático. No caso do minério fosfático, constituído por 35% de partículas finas (< 37 μm), os estudos avaliaram a combinação de i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; e iii) NBs + MBs + MaBs, nos parâmetros cinéticos e de separação na flotação, em relação ao ensaio standard, que emprega o uso de apenas MaBs. Os efeitos foram avaliados em quatro situações que compreenderam variação de porcentagem de sólidos (28 e 35% em peso) e concentração de reagentes (1000 g.t-1 de coletor + 600 g.t-1 de depressor; e 500 g.t-1 de coletor + 300 g.t-1 de depressor; sendo que o coletor de apatita empregado foi óleo de soja saponificado com hidróxido de sódio e o depressor das partículas de ganga - magnetita, carbonatos, micas, quartzo, diopsídio e perovskita/anatásio - foi amido de milho gelatinizado com hidróxido de sódio). O emprego combinado de bolhas apresentou incrementos na recuperação de P2O5, com pequena queda no teor de P2O5 e elevada cinética, em relação aos ensaios STD em praticamente todas as condições estudadas, com valores variando entre 0,2 e 8.9%. Os incrementos quando a porcentagem de sólidos foi de 35% p/p (até 2,7%) foram consideravelmente menores que os obtidos com 28% de sólidos (até 8,9%). Em algumas condições, o uso concomitante de MBs + MaBs e NBs + MBs + MaBs foi capaz de superar, já na primeira coleta (1,5 min de ensaio), a recuperação total de fosfato obtida no ensaio standard. No caso do quartzo, os ensaios de microflotação (realizados em tubo de Hallimond modificado) com e sem a presença de NBs mostraram que a associação de NBs às MaBs aumentou a recuperação de quartzo (até 39%) em praticamente todas as condições estudadas, mostrando sua efetividade tanto com partículas finas quanto com as mais grossas. Já os ensaios realizados em célula mecânica com e sem adição de NBs, mostraram que o emprego de NBs foi responsável pelo aumento de 23 pontos percentuais na recuperação de quartzo. Ainda, a cinética de flotação aumentou significativamente e já no primeiro min do ensaio com NBs obteve-se cerca do dobro da recuperação de quartzo do ensaio standard. Os resultados obtidos na dissertação mostram o elevado potencial das NBs combinadas a outras distribuições de tamanhos de bolhas na melhoria do processo de adesão bolha-partícula e na flotação de minérios fosfáticos finos e de frações granulométricas distintas de quartzo, principalmente em tempos curtos. / The objective of this work was to evaluate the interactions between bubbles with different sizes (diameters) and mineral particles and the effect of the combinations of these bubbles on the flotation of ores, on a bench scale. The bubbles used in these studies were: i) Nanobubbles - NBs, mean diameter of 150-200 nm; ii) Microbubbles - MBs, average diameter of 70 μm; and iii) Macrobubbles - MaBs, average diameter of 1 mm. Dispersions of NBs and MBs were generated after depressurizing-cavitation of the saturated water in air. The saturation pressures were, respectively, 2.5 and 4.0 bar. The bubble-particle mineral interaction studies were developed using a photographic system that allowed to evaluate the adhesion of bubbles to the particles of quartz (high purity grain) and apatite according to the type of bubbles injected. The results showed that the highest adhesion of bubbles in the apatite grain occurred with the combination of NBs + MBs + MaBs and, in the case of quartz, an expressive concentration of adhered MaBs was obtained after "conditioning" of the mineral with NBs. The NBs were confined to the surfaces of the mineral grains as a result of the dissipation of the free surface energy of the solids due to their roughness and, therefore, it increased the adhesion mechanism of other bubbles (MBs and / or MaBs). The study of the evaluation of the associations of bubbles in the flotation was carried out with the mineral systems quartz and phosphate ore. In the case of phosphate ore, consisting of 35% fine particles (<37 μm), the studies evaluated the combination of i) NBs + MaBs; ii) MBs + MaBs; and iii) NBs + MBs + MaBs, in the kinetics and flotation separation parameters, in relation to the standard test, which employs the use of only MaBs. The effects were evaluated in four situations involving percentage of solids (28 and 35% by weight) and concentration of reagents (1000 g·t-1 collector + 600 g·t-1 depressant and 500 g·t-1 collector + 300 g·t-1 of depressor; the apatite collector used was a saponified soybean oil with sodium hydroxide and the depressant of the ganga - magnetite, carbonates, micas, quartz, diopside and perovskite / anatase particles - was a gelatinized corn starch with sodium hydroxide). The combined use of bubbles presented increases in the recovery of P2O5, with a small drop in P2O5 content and high kinetics, in relation to the STD tests in practically all the studied conditions, with values varying between 0.2 and 8.9%. The increments when the percentage of solids was 35% w/w (up to 2.7%) were considerably lower than those obtained with 28% solids (up to 8.9%). In some conditions, the concomitant use of MBs + MaBs and NBs + MBs + MaBs was able to overcome, in the first min and a half of the test, the total phosphate recovery obtained in the standard tests. Regarding the quartz, the microflotation tests (performed in modified Hallimond tube) with and without the presence of NBs showed that the association of NBs with MaBs increased the recovery of quartz (up to 39%) in practically all the studied conditions, showing its effectiveness with both fine and coarse particles. However, the tests performed in mechanical cell with and without addition of NBs showed that the use of NBs was responsible for the increase of 23 percentage points in quartz recovery. Also, flotation kinetics increased significantly and ealier in the first min of the NBs test, about twice the quartz recovery of the standard test was achieved. The results obtained in the dissertation show the high potential of NBs combined with other bubble size distributions in the improvement of the bubble-particle adhesion process and the flotation of fine phosphatic or quartz granulometric fractions, especially in short times.

O presente estudo refere-se à caracterização tecnológica de tipos de minério de fosfato residual do complexo alcalino-carbonatítico de Salitre (MG), em área de interesse da Fosfertil. O procedimento experimental consistiu de moagem das amostras abaixo de 0,21 mm, análise granulométrica por peneiramento a úmido e separações minerais (líquido denso e Frantz). A composição mineralógica bem como a liberação da apatita e suas formas de associação com a ganga foram determinadas através de sistema de análise de imagens por feixe de elétrons (Mineral Liberation Analyser), com apoio de análises por DRX e MEV/EDS. As composições químicas dos produtos gerados foram determinadas por FRX. Seis amostras com graus distintos de intemperismo foram estudadas: apatitito (APAT), foscorito intemperizado (FIT), foscorito silicificado (FST), zona de mistura (ZMT), piroxenito intemperizado (PIT) e piroxenito (PXT). Os teores de P2O5 variam de 9 a 25% e a composição mineralógica é similar para todas as amostras, variando apenas as proporções relativas entre as espécies minerais. As amostras mais intemperizadas (APAT e FIT) são basicamente constituídas por apatita e magnetita; a amostra PIT apresenta também conteúdos elevados de filossilicatos e quartzo. Já as amostras menos intemperizadas (PXT, FST e ZMT) contêm maiores proporções de filossilicatos e diopsídio, principalmente a amostra PXT. A parcela de fósforo não apatítico varia de 10 a 20% nas amostras PIT e FIT e de 1 a 6% nas demais, sendo mais expressiva nos finos (<0,020 mm). Para cominuição abaixo de 0,21 mm, o conteúdo de finos varia de 20 a 34% e a parcela de fósforo associada a estes é de 13 e 16% nas amostras APAT, FIT e PIT e de 19 a 21% nas demais. Acima de 0,020 mm, a apatita representa de 96 a 98% do P2O5 (89% na amostra PIT); a liberação da apatita é superior a 90% nas amostras APAT, FIT e PIT, variando de 85 a 89% nas demais. Os resultados obtidos sugerem que a composição mineralógica e suas formas de associação não devem opor maiores dificuldades à concentração da apatita por flotação, podendo-se, em princípio, restringir a variabilidade do minério estudado a três tipos principais para fins de processamento mineral. / The present study refers to the technological characterization of residual phosphate ore types from Salitre alkaline-carbonatitic complex (MG), in Fosfertil area. The procedure comprised grinding the samples bellow 0.21 mm, size analysis by wet screening and mineral separations (heavy liquid and Frantz). Mineralogical composition as well as apatite liberation and its associations to gangue minerals were determined by SEM-based image analysis (Mineral Liberation Analyser) and supported by XRD and SEM/EDS. Chemical compositions of all generated products were determined by XRF. Six samples with different weathering grades were studied: apatitite (APT), weathered foskorite (FIT), silicified foskorite (FST), mixture zone (ZMT), weathered piroxenite (PIT) and piroxenite (PXT). The P2O5 grades vary from 9 to 25% and mineralogical composition is similar to all samples, varying only the relative proportions among mineral species. The deeply weathered samples (APAT and FIT) are basically constituted by apatite and magnetite; PIT shows also high content of phyllosilicates and quartz. On the other hand, the less weathered samples (FST, ZMT and PXT) have major amounts of phyllosilicates and diopside, especially PXT. The non-apatitic phosphor varies from 10 to 20% in samples PIT and FIT and from 1 to 6% in the others; these contents are mostly expressive in fines (<0.020 mm). The fine content, considering comminution under 0.21 mm, varies between 20 and 34% w/w, while the related distribution of apatitic phosphor corresponds from 13 to 16% in the samples APAT, FIT and PIT and from 19 to 21% in the others. Above 0,020 mm, apatite represents 96 to 98% of total phosphor (89% in sample PIT); its liberation grade overcomes 90% in APAT, FIT and PIT, varying from 85 to 89% in the other samples. The results suggest that mineralogical composition and its associations should not oppose major difficulties to apatite concentration by froth flotation and that might be possible to restrict the ore variability to three main oretypes for mineral processing.

L’épuisement des gisements de phosphate riches en P2O5 et à gangue silicatée, faciles à traiter par broyage/classification et/ou par flottation conduit de plus en plus à exploiter des gisements de phosphates à gangue carbonatée, qui sont les plus abondants, mais les plus difficiles à valoriser par flottation. En effet, les similitudes entre leurs propriétés physico-chimiques superficielles entraînent des réponses similaires face aux collecteurs pendant la flottation, rendant ainsi leur séparation difficile. La flottation inverse en milieu acide est la méthode qui semble donner le meilleur contraste de séparation entre les carbonates de la gangue (e.g. calcite, dolomite) et l’apatite. Mais les mécanismes proposés régissant cette séparation sont hypothétiques, en raison des connaissances non approfondies sur les phénomènes déterminants qui les gouvernent. L’objectif de cette thèse est d’étudier la réactivité de la calcite et de l’apatite dans des solutions aqueuses d’acide phosphorique selon la concentration et le temps de réaction. Pour cela, diverses techniques analytiques (spectroscopies Raman, infrarouge et photoélectronique-X, diffraction des rayons-X et microscopie électronique à balayage) ont été utilisées pour déterminer la nature des espèces adsorbées ou formées à la surface de la calcite et de l’apatite. Grâce à la spectroscopie Raman, il a été possible de mesurer directement in-situ les changements qui s’opèrent à la surface du minéral en présence de l’acide phosphorique, ceci permet d’éviter l’artefact de formation de tous produits qui pourraient résulter du séchage des échantillons pour d’autres méthodes analytiques. Le premier résultat majeur obtenu sur la réactivité de deux minéraux après 15 minutes de contact avec la solution d’acide met en évidence le phénomène de passivation de la surface déduit à partir de la variation de la consommation des protons avec la concentration en acide. En effet, toutes les techniques analytiques (in-situ et ex-situ) utilisées ici ont montré la présence d’un phosphate de calcium (brushite) sur la calcite et de la calcite sur l’apatite après contact avec l’acide phosphorique, et une augmentation de leur proportion avec la concentration en acide. En outre, la concentration en acide au début de la détection du phosphate de calcium sur la calcite et le début de la passivation (diminution de la consommation en acide) coïncident, ce qui implique que la présence du phosphate de calcium est responsable de la passivation. Pour l'apatite, bien que la concentration en acide en début de la détection du carbonate de calcium sur l'apatite et le début de la passivation coïncident, le carbonate de calcium a été éliminé à des concentrations d'acide phosphorique plus élevées. Toutefois, les études cinétiques in-situ effectuées en utilisant la spectroscopie Raman à plusieurs concentrations d'acide phosphorique et à un pH fixe de 4,5 ont confirmé la présence de carbonate de calcium sur l'apatite mais ont également révélé qu'une nouvelle phase de phosphate de calcium était aussi présente après seulement 2 minutes de contact avec l'acide phosphorique et l’augmentation de sa concentration avec le temps de contact. De manière surprenante, la présence de phosphate de calcium et sa croissance sur l'apatite sont transitoires. Elles durent 5-6 minutes avant de disparaître rapidement et réapparaissent de nouveau pendant plusieurs cycles. Ces cycles de croissance et de disparition du phosphate de calcium sur l'apatite peuvent résulter de la précipitation de phosphate de calcium suivie de son élimination dans des conditions chimiques et/ou mécaniques. Des études cinétiques in-situ similaires pour la calcite, et utilisant la spectroscopie Raman dans les mêmes conditions qu'avec l'apatite ont confirmé la présence de phosphate de calcium (brushite) sur la calcite, mais seulement après 4 minutes de contact avec l'acide phosphorique, [...] / Because of the depletion of high grade phosphate deposits, usually associated with silicate gangue minerals, which are easy to treat by grinding/classification and/or by flotation, the industry has to rely more on carbonate gangue phosphate ores which are more abundant but more difficult to beneficiate by flotation. Most of the minerals contained in these phosphate ores are semi soluble, which results in a similar chemistry of their surface and a poor separation by flotation between the phosphate minerals such as apatite (calcium phosphate) and the gangue minerals such as calcite (calcium carbonate). The reverse flotation method in acid medium has been found to produce a better contrast of separation between calcite and apatite. This method relies on the addition of an acid such as phosphoric acid which acts as a selective depressant of apatite. However, the mechanisms governing this mineral separation and in particular the reactions occurring at the surface of these minerals are not very well understood. The objective of this thesis is to study the reactivity of calcite and apatite in aqueous solution as a function of phosphoric acid concentration and reaction time. For this, several analytical techniques (Raman, infrared and X-ray photoelectron spectroscopies, and X-ray diffraction and scanning electron microscopy) are used to measure the nature of the species adsorbed or formed at the surface of calcite and apatite. In particular, with Raman spectroscopy it was possible to measure directly in-situ the changes occurring in solution and at the mineral surface in the presence of phosphoric acid, which should eliminate any possible artefact caused by the drying of the samples when using the other analytical techniques. The first major result was on the reactivity of the two minerals measured after 15 min of contact with an acid solution reveals the phenomenon of passivation of the surface deduced from the variation of the consumption of the protons with the concentration of acid. Indeed, all the in-situ and ex-situ analytical techniques used in this study have shown the presence of calcium phosphate (brushite) on calcite and of calcium carbonate on apatite after contact with phosphoric acid, and with a concentration which increases with acid concentration. Moreover, the acid concentration for the onset of detection of calcium phosphate on calcite and for the start of passivation (decrease in acid consumption) coincides, which implies that the presence of calcium phosphate is responsible for the passivation. For apatite, although the acid concentration for the onset of detection of calcium carbonate on apatite and for the start of passivation coincides, calcium carbonate was removed at higher phosphoric acid concentrations. However, kinetic in-situ studies using Raman spectroscopy performed at several phosphoric acid concentrations and at a fixed pH of 4.5 all confirmed the presence of calcium carbonate on apatite but also revealed that a new phase of calcium phosphate was also present after only 2 min of contact with phosphoric acid and its concentration increased with contact time. Surprisingly, the presence of calcium phosphate and its growth on apatite were transient, lasting 5-6 min before quickly vanishing and then reappearing again for several cycles. These cycles of calcium phosphate growth and disappearance on apatite may be the result of precipitation of calcium phosphate followed by their removal in the chemical and / or mechanical conditions. Similar kinetic in-situ studies of calcite using Raman spectroscopy under the same conditions as with apatite confirmed the presence of calcium phosphate (brushite) on calcite but only after 4 minutes of contact with phosphoric acid, indicating a slower kinetic of calcium phosphate formation than on apatite [...]

A mina de carbonatito de Cajati contém mineralização de apatita, utilizada na fabricação de ácido fosfórico, que é aplicado a matéria-prima carbonática para obtenção de foscálcio, suplemento mineral em rações animais. Dentre as unidades litológicas em lavra destacam-se as Zonas de Xenólitos, formadas pela interação da rocha encaixante com o magma carbonatítico. São constituídas de fragmentos do jacupiranguito de dimensões métricas distribuídos de forma aparentemente errática na massa carbonatítica e zonas de reação centimétricas, compostas por minerais carbonáticos e silicáticos neoformados. Essas regiões apresentam apatita e constituem significativa parcela dos recursos minerais da jazida, porém devido à abundância de minerais silicáticos, essencialmente flogopita, diopsídio, forsterita e tremolita, seus teores de MgO e SiO2 são elevados e lhe conferem características distintas das unidades carbonatíticas, interferindo no processo de beneficiamento. Visando fornecer subsídios para o desenvolvimento de processos que otimizem o aproveitamento das Zonas de Xenólitos como minério de fosfato foram realizados ensaios de separação em escala de caracterização utilizando o Frantz de Barreiras (modelo LB-1). O procedimento objetivou o conhecimento do comportamento magnético dos silicatos em oposição ao da apatita e dos carbonatos; para o que foram coletadas amostras volumétricas em diferentes pontos da mina. Os silicatos, todos portadores de MgO, mostraram variações de cores e de composição química além de distribuição peculiar em cada litotipo componente das Zonas de Xenólitos. Diopsídio ocorreu principalmente no litotipo jacupiranguito, enquanto flogopita, forsterita e tremolita foram mais abundantes na zona de reação. Esses minerais ocorreram em intervalos de campo magnético bem definidos, concentrando-se principalmente entre 0,25 e 0,75 A (equivalentes a 2.800 e 8.800 Gauss, respectivamente), e distintos da fluorapatita e dos carbonatos, minerais predominantemente diamagnéticos. Para campo magnético da ordem de 13.800 Gauss obteve-se um produto com 95,2% do P2O5 total contido no intervalo granulométrico adotado para o ensaio e apenas 1,0% de SiO2 associado. Aplicando-se um campo magnético de menor intensidade (aproximadametne 5.700 Gauss) o conteúdo de P2O5 aumenta (97,4%) assim como o de SiO2 (11,1%). Assim mostrou-se viável a utilização de separação magnética como método complementar no beneficiamento de fluorapatita proveniente das Zonas de Xenólitos, desde que o campo magnético aplicado tenha um gradiente de campo adequado para melhor seletividade entre o mineral de minério e os silicatos. Os trabalhos de caracterização desenvolvidos também mostraram uma outra possibilidade de aproveitamento da unidade litológica, a partir da classificação granulométrica após a britagem secundária. Nessa etapa observou-se tendência à segregação dos litotipos, com geração de um material fino (abaixo de 12,7 mm) enriquecido em P2O5 (2,48 a 4,08%) que contém de 26,4 a 59,8% do P2O5 total da amostra. / The Cajati carbonatite mine produces apatite used for phosphoric acid manufacturing. This material is added to carbonatic raw material in order to obtain phoscalcium (foscálcio), used as mineral supply for animal feeding. Among the exploited lithological units there are the Xenolithic Zones, which are generated by assimilation process between the host rock and the carbonatitic magma. They are constituted by jacupiranguite blocks (metric sizes) of random distribution within the carbonatitic matrix and by the reaction zones (centimetric thickness), composed by neoformed carbonatic and silicate minerals. These regions show apatite mineralization and represent a significant part of the mineral resources of the deposit. However their abundance of silicate minerals, essentialy phlogopite, diopside, forsterite and tremolita, leads to high MgO e SiO2 contents, which implies in distinct characteristics from carbonatites, interfering on the concentration plant process. Intending to support the development of new processes seeking the utilization of the Xenolithic Zones as phosphate ore, a laboratory study of mineral separation was taken at the Barrier Frantz Magnetic Separator (model LB-1). Such procedure aims the characterization of magnetic behavior of silicates versus apatite and carbonates, using bulk samples collected in different parts of the mine. Silicates, all Mg-bearing, showed color and chemical composition variations with non-systematic distribution within each lithotipe comprising the Xenolithic Zones. Diopside occurred mainly in the jacupiranguite, while phlogopite, forsterite and tremolite were most abundant in the reaction zone. These minerals occurred in well defined magnetic field intervals, specially between 0,25 and 0,75 A (equivalent to 2.800 and 8.800 Gauss, respectively), and distinct from fluorapatite and carbonates, which are mainly diamagnetics. For magnetic field around 13.800 Gauss a product with 95,2% of total P2O5 content was obtained in the granulometric interval used for the separation procedures with 1,0% of SiO2 associated. Using a lower intensity magnetic field (around 5.700 Gauss) the P2O5 content rises (97,4%) as well as the SiO2 (11,1%). Thus the use of complementary magnetic separation procedures was proved to be a practicable method for beneficiation of fluorapatite from the Xenolithic Zones by applying a magnetic field with adequate field gradient for the selectivity of ore mineral and silicates. Another possibility for utilization of the lithological unit showed by the characterization studies was the grain-size classification after secondary crushing. In this stage a lithotipe segregation was observed and generation of fine material (below 12,7 mm) P2O5 enriched (2,48 to 4,08%), with 26,4 to 59,8% of total P2O5 content in the sample.

A mina de carbonatito de Cajati contém mineralização de apatita, utilizada na fabricação de ácido fosfórico, que é aplicado a matéria-prima carbonática para obtenção de foscálcio, suplemento mineral em rações animais. Dentre as unidades litológicas em lavra destacam-se as Zonas de Xenólitos, formadas pela interação da rocha encaixante com o magma carbonatítico. São constituídas de fragmentos do jacupiranguito de dimensões métricas distribuídos de forma aparentemente errática na massa carbonatítica e zonas de reação centimétricas, compostas por minerais carbonáticos e silicáticos neoformados. Essas regiões apresentam apatita e constituem significativa parcela dos recursos minerais da jazida, porém devido à abundância de minerais silicáticos, essencialmente flogopita, diopsídio, forsterita e tremolita, seus teores de MgO e SiO2 são elevados e lhe conferem características distintas das unidades carbonatíticas, interferindo no processo de beneficiamento. Visando fornecer subsídios para o desenvolvimento de processos que otimizem o aproveitamento das Zonas de Xenólitos como minério de fosfato foram realizados ensaios de separação em escala de caracterização utilizando o Frantz de Barreiras (modelo LB-1). O procedimento objetivou o conhecimento do comportamento magnético dos silicatos em oposição ao da apatita e dos carbonatos; para o que foram coletadas amostras volumétricas em diferentes pontos da mina. Os silicatos, todos portadores de MgO, mostraram variações de cores e de composição química além de distribuição peculiar em cada litotipo componente das Zonas de Xenólitos. Diopsídio ocorreu principalmente no litotipo jacupiranguito, enquanto flogopita, forsterita e tremolita foram mais abundantes na zona de reação. Esses minerais ocorreram em intervalos de campo magnético bem definidos, concentrando-se principalmente entre 0,25 e 0,75 A (equivalentes a 2.800 e 8.800 Gauss, respectivamente), e distintos da fluorapatita e dos carbonatos, minerais predominantemente diamagnéticos. Para campo magnético da ordem de 13.800 Gauss obteve-se um produto com 95,2% do P2O5 total contido no intervalo granulométrico adotado para o ensaio e apenas 1,0% de SiO2 associado. Aplicando-se um campo magnético de menor intensidade (aproximadametne 5.700 Gauss) o conteúdo de P2O5 aumenta (97,4%) assim como o de SiO2 (11,1%). Assim mostrou-se viável a utilização de separação magnética como método complementar no beneficiamento de fluorapatita proveniente das Zonas de Xenólitos, desde que o campo magnético aplicado tenha um gradiente de campo adequado para melhor seletividade entre o mineral de minério e os silicatos. Os trabalhos de caracterização desenvolvidos também mostraram uma outra possibilidade de aproveitamento da unidade litológica, a partir da classificação granulométrica após a britagem secundária. Nessa etapa observou-se tendência à segregação dos litotipos, com geração de um material fino (abaixo de 12,7 mm) enriquecido em P2O5 (2,48 a 4,08%) que contém de 26,4 a 59,8% do P2O5 total da amostra. / The Cajati carbonatite mine produces apatite used for phosphoric acid manufacturing. This material is added to carbonatic raw material in order to obtain phoscalcium (foscálcio), used as mineral supply for animal feeding. Among the exploited lithological units there are the Xenolithic Zones, which are generated by assimilation process between the host rock and the carbonatitic magma. They are constituted by jacupiranguite blocks (metric sizes) of random distribution within the carbonatitic matrix and by the reaction zones (centimetric thickness), composed by neoformed carbonatic and silicate minerals. These regions show apatite mineralization and represent a significant part of the mineral resources of the deposit. However their abundance of silicate minerals, essentialy phlogopite, diopside, forsterite and tremolita, leads to high MgO e SiO2 contents, which implies in distinct characteristics from carbonatites, interfering on the concentration plant process. Intending to support the development of new processes seeking the utilization of the Xenolithic Zones as phosphate ore, a laboratory study of mineral separation was taken at the Barrier Frantz Magnetic Separator (model LB-1). Such procedure aims the characterization of magnetic behavior of silicates versus apatite and carbonates, using bulk samples collected in different parts of the mine. Silicates, all Mg-bearing, showed color and chemical composition variations with non-systematic distribution within each lithotipe comprising the Xenolithic Zones. Diopside occurred mainly in the jacupiranguite, while phlogopite, forsterite and tremolite were most abundant in the reaction zone. These minerals occurred in well defined magnetic field intervals, specially between 0,25 and 0,75 A (equivalent to 2.800 and 8.800 Gauss, respectively), and distinct from fluorapatite and carbonates, which are mainly diamagnetics. For magnetic field around 13.800 Gauss a product with 95,2% of total P2O5 content was obtained in the granulometric interval used for the separation procedures with 1,0% of SiO2 associated. Using a lower intensity magnetic field (around 5.700 Gauss) the P2O5 content rises (97,4%) as well as the SiO2 (11,1%). Thus the use of complementary magnetic separation procedures was proved to be a practicable method for beneficiation of fluorapatite from the Xenolithic Zones by applying a magnetic field with adequate field gradient for the selectivity of ore mineral and silicates. Another possibility for utilization of the lithological unit showed by the characterization studies was the grain-size classification after secondary crushing. In this stage a lithotipe segregation was observed and generation of fine material (below 12,7 mm) P2O5 enriched (2,48 to 4,08%), with 26,4 to 59,8% of total P2O5 content in the sample.