A presente tese de doutorado apresenta estudos avançados de floculação com diferentes polímeros (poliacrilamidas), investigando os mecanismos da geração de flocos aerados e o desenvolvimento de técnicas de caracterização de sistemas multifásicos (bolhas, polímeros e sólidos) para aprimorar a separação de partículas por flotação utilizando suspensões modelos de partículas de carvão ativado e/ou de caulim. Distintos polímeros (aniônico, catiônico, nãoiônico e anfótero) foram caracterizados por técnicas de espalhamento de luz estático e dinâmico, eletroforese a Laser, tensiometria e ângulo de contato dinâmico revelando cadeias poliméricas com dimensões variadas e pesos moleculares na ordem de 106 mol.g-1. Estas estruturas químicas foram lineares, alongadas e/ou ramificadas nos polímeros não-iônicos (920SH), anfótero (ANF8170), catiônico (C448) e aniônico (A110) e somente ramificadas nos aniônicos (A100 e A150). Ainda, estas cadeias apresentaram densidades de cargas negativas (em uma ampla faixa de pH) para os polímeros aniônicos, não-iônico e anfótero com pontos isoelétricos (p.i.e.) similares em, aproximadamente, pH 2 e, de cargas positivas para os polímeros catiônicos com p.i.e., próximo de pH 10. Os estudos de floculação evidenciaram que as diferentes cadeias poliméricas influenciaram as estruturas dos agregados, sendo que os polímeros catiônicos (C448 e C498) formaram flocos de carvão ativado com dimensões pequenas. Os polímeros aniônicos (A100, A150 e A110), com similares densidades de carga e pesos moleculares médios, geraram flocos distintos com estruturas mais abertas para os aniônicos (A100 e A150) e, mais compactas, com o aniônico (A110). Ainda, o processo de floculação-flotação foi avaliado com uma nova técnica de caracterização de flocos aerados e sistemas multifásicos, denominada CFA, que foi projetada e construída na presente tese. Esta técnica apresentou grande praticidade e eficiência proporcionando obtenção de dados com maiores reprodutibilidades estatísticas de distribuições de tamanhos e velocidades de ascensão dos flocos. Estudos de floculação-flotação, em batelada (flotação por ar dissolvido - FAD) e em sistema de fluxo contínuo (FAD-Reator Gerador de Flocos - RGF®), foram realizados para investigar parâmetros químicos, físico-químicos e operacionais. Os resultados mostraram que o tipo e capacidade de adsorção dos polímeros sobre as partículas são parâmetros determinantes na formação dos flocos aerados que apresentaram velocidades máximas de ascensão de 150 m.h-1 e condições ótimas com a razão A/S de 0,02 mg.mg-1. Os flocos aerados foram constituídos por bolhas grandes aderidas, aprisionadas e/ou agregadas por interações de clusters of bubbles, “trens de bolhas” e/ou “bolhas floculantes” (descobertas nesta tese). Ainda, estudos de nucleação, crescimento e coalescência de bolhas de ar sobre superfícies hidrofílicas, na presença e ausência de diferentes reagentes (polímero, surfactante e amina), mostraram que estes mecanismos são influentes na formação dos flocos aerados. Os estudos de floculação-flotação, em sistemas de fluxo contínuo, utilizando o RGF®-FAD mostraram que a mistura de partículas, microbolhas de ar e macromoléculas poliméricas, em fluxo de turbulência adequada neste reator, foi fundamental na geração dos flocos aerados que na razão A/S de 0,02 mg.mg-1 constituíram 83 % da população com velocidades de ascensão na faixa de 70 – 150 m.h-1. Ainda, foi proposto um novo mecanismo para o processo de floculação envolvendo interações entre partículas e bolhas de ar cobertas por polímeros, que transformam as bolhas em “núcleos” de floculação denominados “bolhas floculantes”. Este mecanismo foi validado com os resultados de potencial zeta de bolhas que na presença dos polímeros aniônico (A100), não-iônico (920SH) e anfótero (ANF8170) mostraram um aumento expressivo na carga negativa das bolhas e, do polímero catiônico (C448), uma reversão de cargas. Assim, os distintos resultados obtidos na presente tese contribuíram de forma importante para um bom entendimento dos mecanismos de geração de flocos aerados, descoberta de novos mecanismos de floculação na presença de microbolhas pela formação de “bolhas floculantes” e de interações entre macromoléculas poliméricas e bolhas de ar. Estes resultados são de extrema utilidade para o design de sistemas de floculação-flotação mais compactos e modernos, contribuindo para maiores eficiências na agregação e separação sólido/líquido de partículas em suspensão, principalmente, em processos de tratamento de águas e efluentes líquidos e de finos de minérios por floculação seletiva. / The present thesis deals with advanced studies of flocculation with different polymers (polyacrylamides) investigating the aerated flocs generation mechanisms and the development of characterization of multiphase systems techniques (bubbles, polymers and solids) in order to improve the particles separation by flotation, using model suspensions of activated carbon and/or kaolin particles. Different polymers (cationic, anionic, non-ionic and amphoteric) were characterized using static and dynamic light scattering, Laser electrophoresis, tensiometry and dynamic contact angle showing distinct polymeric chains with several dimensions and molecular weight at 106 mol g-1. These chemical structures were linear, elongated and/or branched in the non-ionic (920SH), amphoteric (ANF8170), cationic (C448) and anionic (A110) and only branched in the anionics (A100 and A150) polymers. Yet, these chains showed negative charge density (in majority of pH range) to the anionic, non-ionic and amphoteric polymers with an isoelectric point (i.e.p.) at, approximately, pH 2 and, positive charge density to the cationic polymers with an i.e.p. at, approximately, pH 10. The flocculation studies showed that these different polymeric chains influenced the aggregate structures with the cationics polymers (C448 and C498) generating small flocs of activated carbon. The anionic polymers (A100, A150 and A110), with similar charge density and average molecular weight, generated different flocs with structures more open to the anionics (A100 and A150), and more compact flocs to the anionic (A110). Yet, the flocculationflotation process was evaluated using a new technique for characterizing aerated flocs and multiphase systems (bubbles, polymers and solids), named AFC, which was developed in the present thesis. This technique showed high practicality and efficiency enabling a data with more statistically reproducibility of flocs size and up-rising rate distributions. Flocculationflotation studies, in batch scale (air dissolved flotation – DAF), and, in continuous flow system (DAF – Flocs Generator Reactor - FGR®), were carried out to investigate chemical, physic-chemical and operational parameters. The results showed that the type and adsorption capacity of the polymers onto particles are important parameters in the aerated flocs formation, which showed maximum up-rising rates of 150 m h-1 and optimal conditions with A/S rate of 0.02 mg mg-1. The aerated flocs were constituted for large bubbles adhered, entrapped and/or aggregated by interactions of “clusters of bubbles”, “trains of bubbles” and/or “flocculant bubbles” (found out in this thesis). Yet, studies of nucleation, growth and coalescence of bubble onto hydrophilic surfaces, in the presence and absence of different reactants (polymer, surfactant and amine), showed that these mechanisms are influent on the aerated flocs formation. The flocculation-flotation studies, in the continuous flow system using the FGR®-DAF, showed that the mixture between particles, air microbubbles and polymeric macromolecules, in a suitable turbulent flow, was very important on the generation of aerated flocs. These aggregates constituted 83 % of a population with up-rising rates in the range of 70 – 150 m h-1 in a condition of A/S rate of 0.02 mg mg-1 in this reactor. Yet, it allowed evidence a new flocculation mechanism from interaction between particles and polymer-coated microbubbles which become the bubbles in flocculation “nuclei”, where particles flocculated generating new structures named, in the present work, “flocculant bubbles”. This mechanism was confirmed with the results of air bubble zeta potential, which in the absence and presence of anionic (A100), non-ionic (920SH) and amphoteric (ANF8170) polymers, showed a significant increases in the bubble negative charge, and, in the case of cationic polymer (C448), a charge reversion. Thus, the distinct results obtained in the present thesis contributed significantly to a good understanding about aerated flocs generation mechanisms, discovery of new flocculation mechanisms in the presence of air microbubbles by “flocculant bubbles” formation and of interactions between polymeric macromolecules and air bubbles. These results are very important to the design of flocculation-flotation systems more compacts and moderns contributing to higher efficiencies in the aggregation and solid/liquid separation of suspension particles, mainly, in water and wastewater treatment and ore fines by selective flocculation.

Este trabalho teve por objetivo avaliar em escala de laboratório, o efeito do condicionamento em alta intensidade, CAI, como etapa de condicionamento da polpa préflotação, e a injeção de bolhas de tamanho intermediário (BI - < 600 μm, entre 20-150 μm neste estudo) juntamente com as bolhas produzidas pela célula de flotação (> 600 μm), na recuperação por flotação de partículas minerais finas (“F” 40-13 μm) e ultrafinas (“UF” < 13 μm) de um minério sulfetado de cobre e molibdênio. O minério utilizado nesse estudo corresponde a alimentação da flotação rougher da usina de concentração de Chuquicamata, pertencente a Corporación Nacional del Cobre de Chile, Codelco S/A, (Mina de Chuquicamata – Divisão Codelco Norte). Os principais parâmetros avaliados foram a energia transferida à polpa na etapa do CAI (entre 1 e 4 kwh·m-3 de polpa) e o volume e tempo de injeção de BI´s juntamente com as bolhas geradas pela célula de flotação. Os resultados foram avaliados em termos de recuperações metalúrgicas e teores totais de Cu e Mo (concentrados e rejeitos), constante cinética de flotação (modelo Klimpel), recuperação real (true flotation) e grau de arraste hidrodinâmico, e comparados com o ensaio Standard (STD, ou padrão, que simula a flotação rougher de Chuquicamata. Também foi avaliada a recuperação metalúrgica de Cu e Mo por faixa granulométrica no intervalo das frações F e UF, nas malhas de 40, 15 e 5 μm utilizando micropeneiras na separação. Os resultados mostram que as duas técnicas estudadas apresentam maiores recuperações metalúrgicas de Cu e Mo, maiores valores de constante cinética de flotação, diminuição no grau de arraste hidrodinâmico, sem prejuízo significativo dos teores de Cu e Mo nos concentrados finais de flotação. Nos estudos com CAI, os melhores resultados metalúrgicos foram obtidos com energia transferida a polpa entre 2-3 kwh·m-3. Com 2 kwh·m-3, a recuperação metalúrgica de Cu passou de 84% no STD para 87% e a de Mo de 72% para 74%, com aumento na constante cinética de flotação, flotação real e diminuição do grau de arraste hidrodinâmico. Nos estudos de flotação com injeção de BI´s, a recuperação metalúrgica global de Cu foi entre 2-3% superior ao estudo Standard - STD (Padrão) e os valores de constante cinética de flotação variando entre 4 e 4,4 min-1 (3 min-1 no STD). Dados por faixa granulométrica nas frações F e UF comprovaram, para ambas técnicas estudadas, aumentos significativos na recuperação metalúrgica nessas frações, principalmente na fração < 5 μm e na fração entre 5-15 μm. Nos melhores resultados dos estudos de flotação com CAI, o aumento de recuperação de Cu nessas frações foram de 5% (< 5 μm) e 7% (5-15 μm) comparadas com o STD, e para o Mo os aumentos foram de 3% e 9% respectivamente. Nos estudos de flotação com injeção de BI´s, os ganhos foram de 7% e 10% para Cu e 3% e 10% para o Mo. Os resultados são discutidos em termos dos parâmetros físicos, químicos e físico-químicos envolvidos no processo de agregação de partículas, da “captura ou coleta” de partículas por bolhas, e do potencial de conversão dessas duas técnicas não convencionais de flotação em tecnologias em usinas de concentração de minérios por flotação com problemas de recuperação nas frações finas e ultrafinas. / The aim of this work was evaluated, at laboratory scale, the effect of the high intensity conditioning (HIC), as a pre-conditioning stage of pulp, and flotation with “multi-bubbles” (bubbles with a wide size distribution) in the recovery by flotation of fines (“F” 40-13 μm) and ultrafines (“UF” < 13 μm) mineral particles of a copper/molybdenum sulphide ore, and compared with a standard mill laboratory procedure (STD). The sulphide ore correspond to the feed of Rougher flotation stage of the Chuquicamata concentrator, of the “Corporación Nacional del cobre del Chile”, Codelco S.A, (Chuquicamata mine – Codelco North Division). The mains parameters evaluated were the energy transferred to the pulp in the HIC stage (between 1-4 kwh·m-3) and time and volume of the middle size bubbles (MB, between 50-200 μm in this work) injection together with the bubbles generated by the flotation cell (> 600 μm). The results were evaluated through metallurgical recoveries and grades of Cu and Mo (concentrates and tailings), “true” flotation values and their degree of entrainment values. Finally, to assess the performance of flotation in the F and UF fractions, size by size copper and molybdenum recoveries were measured in the fractions > 40 μm; 40-15 μm; 15-5 μm and < 5 μm using micro-sieves to separation. The results showed that both techniques yielded higher metallurgical efficiencies than the mill standard, increase the process kinetic, decrease the degree of entrainment, with very similar concentrate grades. In the HIC studies, best results were obtained with values between 2-3 kwh·m-3 of energy transferred to the pulp. With 2 kwh·m-3, the copper metallurgical recovery up to 84% in the STD to 87%, and molybdenum up to 72% to 74%, with an increase in the kinetic constant rate and decrease of degree entrainment. In the flotation with a wide size bubbles distribution studies, copper metallurgical recovery was 2-3% higher than the STD, with kinetics constant rate between 4 and 4,4 min-1 (3 min-1 in STD). Size by size results showed, to both techniques, an increase in the Cu and Mo metallurgical recoveries in the F-UF fractions, mainly in the fractions < 5 μm and between 5-15 μm. The best results with HIC, were obtained an increase in the Cu metallurgical recoveries in these fractions of 5% (< 5 μm) and 7% (5-15 μm). The values to Mo were 3% and 9% respectively. In the flotation studies with MB`s injection, the gains were of 7% and 10% to Cu, and 3% and 10% to Mo. The results obtained are discussed in terms of physical, chemical and physico-chemicals parameters related to aggregation and capture (of particles by bubbles) phenomena and practical potential of theses techniques are envisaged.

O trabalho apresenta resultados comparativos, em escala de laboratório, de recuperação de sulfetos de cobre e molibdênio e inclui uma análise detalhada do estado da arte na flotação de partículas minerais finas (“F” 40 a 13 μm) e ultrafinas (“UF” < 13 μm) utilizando a técnica de flotação extensora (“extender flotation”) com diferentes tipos de óleos minerais. Os estudos foram realizados utilizando minério da usina concentradora da Mina Chuquicamata – Chile / Divisão Codelco Norte e visaram o aumento da recuperação de Cu e MO nas frações F-UF sem comprometer a recuperação das outras frações nem a qualidade do concentrado. No processo de flotação extensora, óleos não polares são utilizados na forma não emulsificada ou emulsificada (para aumentar sua difusão em solução aquosa) em concentrações da ordem de 20-120 g×t-1 juntamente com os coletores tradicionais. A palavra “extensora” refere-se ao fenômeno de espalhamento do óleo em superfícies hidrofóbicas, causando um aumento significativo na hidrofobicidade das partículas, e tem o sentido de extensão de uma película superficial sobre as partículas. Foram avaliados parâmetros químicos (tipo e concentração de óleo adicionado juntamente com os coletores convencionais), físicos (diâmetro de gotas dos óleos emulsificados), e operacionais (aspectos na geração de emulsões). Os resultados foram comparados com ensaio que simula o comportamento da flotação Rougher primária da empresa que processa os sulfetos (ensaio Standard - STD) e avaliados em termos de recuperações metalúrgicas, teores totais de Cu e Mo (concentrados e rejeitos), recuperação real (true flotation), constante cinética de flotação (K - modelo Klimpel) e grau de arraste hidrodinâmico das partículas de valor. Os melhores resultados foram encontrados na flotação extensora usando óleo Diesel emulsificado (> 60 g×t-1). As recuperações de Cu variaram entre 85 - 90 % (84 % no STD), com teores de Cu de 14 - 17 % (15 % Cu no STD) e 3,5 - 4,5 min-1 para a constante cinética de flotação comparada com 3 min-1 no Standard. Para a molibdenita (MoS2) os resultados apresentaram recuperações superiores a 78 % (72,6 % no STD) e ganho de recuperação real superior a 7 %. A adição de querosene emulsificado apresentou menores ganhos em relação ao óleo Diesel, que foram explicados pela interação existente entre os grupos naftênicos do Diesel e os sítios hidrofóbicos dos sulfetos. A flotação extensora com injeção de óleo Diesel não emulsificado mostrou redução significativa na constante cinética de flotação e não apresentou ganhos significativos na recuperação de Cu e Mo em comparação com o STD e resultados inferiores quando comparados com os ensaios EXT com o mesmo óleo emulsificado. Os estudospermitiram concluir que a técnica de flotação extensora com óleos contendo grupos naftênicos como o óleo Diesel e derivados, na forma emulsificada, aumenta a recuperação das partículas finas e ultrafinas de sulfetos de cobre e molibdênio. A interação das gotículas de óleo com as partículas dos sulfetos, com os coletores já adsorvidos, é caracterizada pela existência de etapas sucessivas de colisão, adesão, formação de lentes, espalhamento das lentes de óleo e agregação entre as partículas. Os resultados são discutidos em termos do aumento da hidrofobicidade e agregação das partículas F-UF por forças de efeito hidrofóbico. / The aim of this work was to evaluate, at laboratory scale, the effect of the extender flotation in the recovery by flotation of fines (“F” 40-13 μm) and ultrafines (“UF” < 13 μm) mineral particles of a copper/molybdenum sulphide ore, and compared with a standard mill laboratory procedure (STD). The sulphide ore correspond to the feed in the Rougher flotation stage from the Chuquicamata concentrator plant, of the “Corporación Nacional del cobre del Chile”, Codelco S.A, (Chuquicamata mine – Codelco North Division). Chemical parameters (type and oil concentration added with conventional collectors), physical parameters (emulsified oil drops diameter), and operational (aspects in the emulsion) were evaluated. Results were compared with the mill test that simulates the behaviour of the Rougher flotation of the plant that dresses the sulphide ore (Standard – STD). The main parameters were evaluated through metallurgical recoveries and grades of Cu and Mo (concentrates and tailings), “true” flotation values, process rate constant (Klimpel model) and the degree of hydrodynamic drag. Both oils yielded higher metallurgical efficiencies than the mill standard but better results were obtained with the extender flotation, with emulsified diesel oil (> 60 gt-1) and concentrate recoveries were in the order of 85-90 % (84 % in the STD), 14-17 % Cu grade (15 % Cu in the STD) and 3.5-4.5 min-1 for the Klimpel rate constant (compared to 3 min-1 in the STD). Compared with the molybdenyte (MoS2) the results yielded recoveries higher than 78 % (72,6 % in the STD) and a true flotation gain higher than 7 %. The emulsified kerosene oil yielded lesser gains compared to the Diesel oil, that may be explained by the interaction between the Diesel naftenic groups and the sulphide hydrophobic sites. The extender flotation with the non emulsified Diesel oil injection did not yielded significative gains in the recovery of Cu and Mo and it did not presented a significative reduction in the rate constant, with a thicker foam zone compared with the extender mill tests with the same emulsified oil. The studies allow to conclude that the extender flotation technique with oils containing naftenic groups as the Diesel oil, in the emulsified form, increases the recovery of F-UF particles of copper/molybdenum sulphide. Results are discussed in terms of the increase of the hydrophobicity and the aggregation of the F-UF particles by hydrophobic forces effect. The interaction of the oil drops with the sulphide particles, with adsorbed collector, is characterized by the existence of the steps of collision, adhesion, lenses formation, oil lenses spread and aggregation among particles.

Este trabalho teve como objetivo avaliar, em escala piloto, a separação/remoção de petróleo emulsificado em água por flotação por gás dissolvido (FGD), como alternativa ao método de separação gravitacional utilizado no tratamento primário de águas oleosas em plataformas marítimas, visando melhorar a qualidade do efluente descartado. Para os estudos de FGD foi projetado e construído um protótipo de um típico vaso desgaseificador, separador gravimétrico trifásico (gás, óleo e água) responsável pela primeira etapa de tratamento da água oleosa derivada da separação petróleo/água co-produzida. Neste foram realizadas modificações estruturais e operacionais visando aproveitar a grande quantidade de gás dissolvido, inerente as águas oleosas, como fonte de geração de microbolhas, típicas da flotação por gás dissolvido. Para os estudos de FAD piloto, em laboratório (LAO-REFAP), também foi desenvolvido um sistema contínuo de geração de emulsões óleo/água (água oleosas), para simular o efluente oleoso tratado por este equipamento, o qual permitiu reproduzir algumas das principais características da água oleosa industrial, como: pressão média de 11 Kgf/cm2 com grande quantidade de gás dissolvido, teor médio de óleo em torno de 600 mg/L, diâmetro médio das gotas de óleo após despressurização de 12 μm, temperatura média de 600C, concentração média de NaCl de 6 % e cerca de 50 mg/L de sólidos suspensos (sulfato de bário). Os principais parâmetros estudados na FAD piloto, em laboratório, foram o tipo de distribuidor de fluxo, forma de despressurização, concentração de floculante, concentração de óleo inicial e vazão de alimentação. Concluiu-se que é indispensável o uso de um agente que promova a desestabilização do óleo emulsificado e que a despressurização seja realizada próximo ao vaso flotador. A desestabilização do óleo emulsificado, em “flocos” de alta resistência, pode ser realizada eficientemente através da adição de 6 a 9 mg/L do polímero APV (álcool polivinílico), entretanto esta concentração pode ser consideravelmente reduzida melhorando-se as condições hidrodinâmicas empregadas na floculação. Os melhores resultados alcançaram uma eficiência de remoção de óleo de 94,5 %, produzindo uma água tratada com teor de óleo de 31,2 mg/L a partir de um efluente com 568 mg/L. Os estudos de FGD in situ, na Plataforma PNA-1, ratificaram as deduções realizadas em laboratório, onde os resultados serviram de base para o projeto de otimização da separação de óleos em plataformas marítimas. / This work aimed at the separation of emulsified petroleum in water by dissolved gas flotation (DGF) at pilot scale. The study was an alternative to gravity separation as a process to improve the quality of the discarded effluent in off-shore platforms. Thus, a "degassing" unit was designed and constructed following the main existing parameters in the platforms. This "Degas" prototype was a gravity separation unit (petroleum, gas and water) used as a primary process in the effluent treatment unit. This device was modified to take advantage of the dissolved gas to generate microbubbles, thus converting the equipment in a DGF unit. Moreover, an emulsion system was developed to characterize and simulate the oily production waters from the off-shore platforms. Main operating parameters were: 11 Kgf/cm2 pressure, 600 mgL-1 emulsified oil, 12 μm mean droplet-size, 60 oC, 60 gL-1 NaCl and about 50 mgL-1 BaSO4 solids content. Process parameters studied were type of microbubble diffuser, mode of despressurization, concentration of flocculant, oil concentration and flow-rate. Main conclusions are that emulsion destabilization by polymers and despressurization at the entry of the modified DGF unit were the main factors involved. Polyvinylalcohol in concentration of the order of 6-9 mgL-1 was the best flocculant found. The concentration required depends on flocculation hydrodynamics. Best results yielded 94.5 % oil removal giving an effluent with 31.2 mgL-1 (568 in feed). The studies conducted in the platform (Petrobrás-PNA-1) proved the results obtained in the pilot laboratory and serve to scale-up this alternative as part of the optimization measures adopted to minimize discharge values in the production waters.

Made available in DSpace on 2014-06-12T17:34:59Z (GMT). No. of bitstreams: 2 arquivo2644_1.pdf: 1123328 bytes, checksum: 423c370b197f1cc34bb823fe58223ada (MD5) license.txt: 1748 bytes, checksum: 8a4605be74aa9ea9d79846c1fba20a33 (MD5) Previous issue date: 2011 / O semi-árido do nordeste brasileiro sofre com problemas de abastecimento de água para a população e atividades industriais, devido à escassez hídrica e às altas concentrações de sais nos recursos hídricos da região. Concentrações elevadas de cátions de Ca2+ e Mg2+ (dureza total) na água representam um sério problema para o setor industrial, tornando um grande desafio futuros projetos na área mineral que envolvam o uso da flotação. Este trabalho teve por objetivo realizar o abrandamento das águas duras da região Seridó, do Rio Grande do Norte, pela técnica de flotação iônica e estudar o efeito dos cátions presentes, na água, no processo de flotação de quartzo. O estudo foi realizado com a água de abastecimento da Mineração Tomáz Salustino (Currais Novos RN), a qual apresentou uma dureza total inicial de 516 mg.L-1 CaCO3, indicando tratar-se de uma água com elevada dureza. No tratamento da água, por flotação iônica, foi estudado o efeito do pH (entre 4,0 e 11,5) e da razão molar entre o coletor (oleato de sódio), e os íons de cálcio e magnésio presentes em solução. Ainda, as influências do tempo de condicionamento do coletor (até 15 minutos), do efeito da pressão de saturação de ar em água e da velocidade de agitação foram investigadas. A flotação iônica mostrou-se eficiente na remoção dos cátions (agentes coligantes). A partir da dureza inicial, 516 mg.L-1 CaCO3, foi alcançada uma remoção de 94% da dureza total, obtendo-se uma água com 30 mg.L-1 CaCO3 em pH 11,5 e concentração de oleato de sódio de 10-5 mol.L-1. Os testes de flotação de quartzo foram realizados com água destilada, água tratada e não tratada para estudar a influência das espécies catiônicas. O pH 8 foi o mais favorável para a flotação com dodecilamina. Os resultados evidenciaram o efeito prejudicial das espécies catiônicas, presentes na água, na flotação do quartzo. A redução dos teores de Ca2+ e Mg2+ permitiu elevar a recuperação do quartzo em todas as faixas de pH. Para concentrações de coletor acima de 400 g.t-1, os resultados da flotação com água tratada são equivalentes àqueles obtidos com água destilada

Submitted by Israel Vieira Neto (israel.vieiraneto@ufpe.br) on 2015-03-03T19:06:37Z No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Thiago Magalhães Filho.pdf: 6983519 bytes, checksum: 06d14c0b8b70c3e19821a9c81e492eec (MD5) / Made available in DSpace on 2015-03-03T19:06:37Z (GMT). No. of bitstreams: 2 license_rdf: 1232 bytes, checksum: 66e71c371cc565284e70f40736c94386 (MD5) DISSERTAÇÃO Thiago Magalhães Filho.pdf: 6983519 bytes, checksum: 06d14c0b8b70c3e19821a9c81e492eec (MD5) Previous issue date: 2013 / CNPq / A cromita é a fonte de obtenção de cromo mais viável economicamente com mais de 68% de Cr2O3. A FERBASA, maior produtora de cromita do Brasil, beneficia seu minério através de métodos físicos, que se tornam ineficientes quando se tratam de partículas menores que 75 μm. Visando estudar algumas alternativas que permitam recuperar esses finos, realizou-se a caracterização mineralógica do minério, para a qual foram utilizados equipamentos de difratometria de Raios X, microscopias eletrônica e petrográfica, além de análises de potencial zeta, condutividade e tensão superficial. Foram ainda realizados ensaios de microflotação e flotação em bancada. Os ensaios de condutividade mostraram que a solubilidade dos minerais de ganga, e consequente liberação de espécies iônicas na polpa, ocorre de forma mais intensa do que a solubilidade da cromita. A velocidade de liberação de íons diminui com o tempo. A condutividade diminuiu cerca de 75% depois da quinta renovação da água da polpa. Foi verificada a influência da concentração de oleato de sódio na tensão superficial, a fim de se monitorar a formação de precipitados formados pelo coletor com as espécies iônicas dissolvidas na polpa. Na flotação em bancada com oleato de sódio a recuperação permaneceu praticamente constante até o pH 8. Para valores maiores de pH houve um aumento da recuperação até o pH 12, chegando a 78,5%. Estudaram-se diferentes depressores para as espécies dissolvidas na polpa na flotação com amina. Com 0,4% de amido a recuperação da ganga e a da cromita, caem mais de 50%. O silicato de sódio não foi seletivo e a CMC deprimiu apenas a ganga. Na flotação com hidroxamato e CMC, 10 g/t do depressor foi o suficiente para atingir quase 25% de Cr2O3. O querosene e o óleo diesel foram usados para auxiliar na hidrofobização das partículas, no entanto, não aumentaram o teor do concentrado.

A seletividade e eficiência do processo de flotação não estão fundamentadas tão somente nas diferenças das propriedades físico-químicas das superfícies dos minerais, mas também na hidrodinâmica do sistema de concentração. Via de regra, a eficácia da flotação diminui quando o tamanho de partícula ultrapassa 150 micrômetros. Esta pesquisa visou estudar a influência de variáveis hidrodinâmicas sobre mecanismos de flotação de partículas grossas em células mecânicas e suas implicações cinéticas. Os ensaios utilizaram células com agitação mecânica e cada situação experimental esteve associada a um conjunto de variáveis hidrodinâmicas: números de hidrodinâmicos adimensionais, características geométricas do impelidor, velocidade mínima de suspensão da polpa, energia dissipada média e energia de preservação do agregado partícula-bolha. Desta forma, a influência dos parâmetros hidrodinâmicos na flotação de apatita e esferas de vidro (diâmetro médio248 micrômetros) foi determinada na presença de oleato de sódio e acetato de eteramina em pH 10. Em condições hidrodinâmicas pouco turbulenta, a recuperação de partículas grossas decresce em função da falta de suspensão de partículas, por outro lado para condições hidrodinâmicas mais severas a recuperação foi quase nula devido à destruição do agregado partícula/bolha. A cinética de flotação da apatita foi estudada em escala de laboratório sob severas condições de turbulência, os resultados indicaram que partículas grossas de apatita têm flotabilidade inferior a finas, corroborando que a flotação dessas partículas grossas não se ajustou ao modelo de primeira ordem. Estes resultados evidenciaram que grossas demandam um ambiente hidrodinâmico apropriado para flotar eficientemente. / Coarse particles badly float mostly because the bubbleparticle aggregates are not strong enough to prevent the particle detachment from the bubble surface caused by the particle weight and turbulence eddies during the rise of the aggregates in the pulp phase to the froth phase and then to the froth launder. The aim this work was to determine effects and degrees of significance of hydrodynamic variables on coarse particle flotation and their kinetic implications. The tests were carried out in flotation cells with mechanical stirring system and each experimental condition was related to group of hydrodynamic variables: hydrodynamic dimensionless numbers, impeller geometries, minimum impeller rotational speed, energy dissipation rate and detachment energy. The influence of hydrodynamic parameters on flotation of the apatite and glass spheres (diameter average248 micrometers) was determined in the presence of sodium oleate and etheramine acetate at pH 10. For more quiescent hydrodynamic conditions, recovery of coarse particles decreased due to a lack in particle suspension, on the other hand, in the most severe hydrodynamic conditions the recovery was almost nil because the bubbleparticle aggregates detachment. Flotation kinetics of apatite was studied in laboratory scale under strong hydrodynamic conditions, the results indicated that coarse particles of apatite float at a lower rate than finer particles and the flotation kinetics of coarse particles did not fit to first order model. Those results evidenced that coarse particles demand a suitable hydrodynamic environment to float efficiently.

Este trabalho aborda a caracterização da matéria orgânica existente num ácido fosfórico de pureza industrial (AFPI), oriundo do Marrocos, objetivando sua remoção através de flotação por ar dissolvido (FAD). O AFPI é um líquido escuro que exibe densidade (2020 kg/m³) e viscosidade dinâmica (1,94 x 10-² Pa.s at 20°C) muito mais alta do que os tipos mais puros de ácido fosfórico, como o grau alimentar e o de pureza analítica. Por outro lado, o AFPI apresenta tensão superficial mais baixa que o ácido de grau alimentício (55,2 mN/m versus 63,7 mN/m a 25°C), indicando a presença de espécies surfactantes dissolvidas (ácidos carboxílicos de cadeia aromática). O teor de 447ppm de carbono orgânico total (TOC) evidencia a alta contaminação do AFPI marroquino por matéria orgânica, que pode ocorrer dissolvida (ácidos carboxílicos aromáticos) ou na forma de minúsculas placas que exibem diâmetro (média aritmética ponderada) de 4µm. Ensaios FAD foram executados usando ar pressurizado a 3,5kgf/cm², que após alívio de pressão, produziu uma população de bolhas com diâmetro de 2,41 x 10`POT´-5m (média aritmética ponderada) e altíssimo desvio padrão (2,94 x10`POT´-5m). A medida do diâmetro de bolhas (db), através de difração de laser, somente foi factível com mistura contendo 40% de ácido fosfórico grau alimentar e 60% de água. Devido a isto, os valores reais de db nos ensaios FAD podem diferir os valores medidos. Ensaios DAF foram executados sob diferentes tempos de flotação (15-60 minutos), todavia a mais alta remoção de TOC (somente de 17,7%) foi obtida com 45 minutos de flotação. A remoção muito baixa de TOC (e também de As, Mg e sulfato) gerada pelos ensaios FAD pode ser explicada pela baixa eficiência de colisão (EC) exibida por minúsculas placas (partículas orgânicas suspensas no AFPI) que precisam colidir com bolhas de ar muito maiores para que possam aderir às mesmas, flutuar e serem removidas do AFPI. Esta possibilidade foi corroborada por um valor de EC da ordem de 0,04 (EC~0,04), que foi determinada pelo modelo de Yoon-Luttrell. / This thesis approaches the characterization of the organic matter which exists in a Moroccan phosphoric acid of industrial grade (PAIG), aiming at its removal via Dissolved Air Flotation (DAF). PAIG is a dark liquid which exhibits specific gravity 2020 kg/m³ (26°C) and dynamic viscosity 1.94 x 10-² Pa.s (20°C) very much higher than other purified types of phosphoric acid (food or analytical grade). Conversely it presents surface tension lower than phosphoric acid food grade (55.2 mN/m versus 63.7 mN/m at 25°C), indicating the presence of dissolved surfactants (carboxylic acids bearing aromatic chains). The content of 447ppm of total organic carbon (TOC) evidences its high contamination by organic matter, which may occur either as dissolved species (aromatic carboxylic acids) or suspended platy-shaped particles (weighed average diameter of 4Êm). DAF experiments were conducted using an air pressurization of 3.5kgf/cm², which, after pressure release, yielded a bubble swarm of weighed average size of 2.41 x 10-5m and a large standard deviation of 2.94 x 10-5m. Because bubble size (db) measurements were conducted via laser diffraction with a mixture of 40% phosphoric acid food grade plus 60% of water, actual values of db may be different from the measured ones. DAF tests were conducted under different length of time (15-60 minutes), but the highest removal of TOC (17.7%) was accomplished at 45 minutes of flotation time. The very low removal of TOC (and also Mg, As and sulfate) yielded by DAF experiments may be explained by a low efficiency of collision (EC) exhibited by small platelets (suspended organic particles) which must collide with bigger air bubbles in order to attach to them and be floated. This possibility was corroborated by efficiency of collision (EC) = 0.04, determined by Yoon-Luttrell Model.

A seletividade e eficiência do processo de flotação não estão fundamentadas tão somente nas diferenças das propriedades físico-químicas das superfícies dos minerais, mas também na hidrodinâmica do sistema de concentração. Via de regra, a eficácia da flotação diminui quando o tamanho de partícula ultrapassa 150 micrômetros. Esta pesquisa visou estudar a influência de variáveis hidrodinâmicas sobre mecanismos de flotação de partículas grossas em células mecânicas e suas implicações cinéticas. Os ensaios utilizaram células com agitação mecânica e cada situação experimental esteve associada a um conjunto de variáveis hidrodinâmicas: números de hidrodinâmicos adimensionais, características geométricas do impelidor, velocidade mínima de suspensão da polpa, energia dissipada média e energia de preservação do agregado partícula-bolha. Desta forma, a influência dos parâmetros hidrodinâmicos na flotação de apatita e esferas de vidro (diâmetro médio248 micrômetros) foi determinada na presença de oleato de sódio e acetato de eteramina em pH 10. Em condições hidrodinâmicas pouco turbulenta, a recuperação de partículas grossas decresce em função da falta de suspensão de partículas, por outro lado para condições hidrodinâmicas mais severas a recuperação foi quase nula devido à destruição do agregado partícula/bolha. A cinética de flotação da apatita foi estudada em escala de laboratório sob severas condições de turbulência, os resultados indicaram que partículas grossas de apatita têm flotabilidade inferior a finas, corroborando que a flotação dessas partículas grossas não se ajustou ao modelo de primeira ordem. Estes resultados evidenciaram que grossas demandam um ambiente hidrodinâmico apropriado para flotar eficientemente. / Coarse particles badly float mostly because the bubbleparticle aggregates are not strong enough to prevent the particle detachment from the bubble surface caused by the particle weight and turbulence eddies during the rise of the aggregates in the pulp phase to the froth phase and then to the froth launder. The aim this work was to determine effects and degrees of significance of hydrodynamic variables on coarse particle flotation and their kinetic implications. The tests were carried out in flotation cells with mechanical stirring system and each experimental condition was related to group of hydrodynamic variables: hydrodynamic dimensionless numbers, impeller geometries, minimum impeller rotational speed, energy dissipation rate and detachment energy. The influence of hydrodynamic parameters on flotation of the apatite and glass spheres (diameter average248 micrometers) was determined in the presence of sodium oleate and etheramine acetate at pH 10. For more quiescent hydrodynamic conditions, recovery of coarse particles decreased due to a lack in particle suspension, on the other hand, in the most severe hydrodynamic conditions the recovery was almost nil because the bubbleparticle aggregates detachment. Flotation kinetics of apatite was studied in laboratory scale under strong hydrodynamic conditions, the results indicated that coarse particles of apatite float at a lower rate than finer particles and the flotation kinetics of coarse particles did not fit to first order model. Those results evidenced that coarse particles demand a suitable hydrodynamic environment to float efficiently.

Tese de mestrado integrado. Engenharia Química. Universidade do Porto. Faculdade de Engenharia. 2011