Estudos de geração e caracterização físico-química de nanobolhas produzidas por despressurização e aplicações em sistemas de flotação - Azevedo, André Camargo de (2017)
O presente trabalho descreve um estudo teórico-experimental da geração de nanobolhas (NBs) por despressurização, da caracterização físico-química das dispersões aquosas de NBs e seus efeitos nos sistemas de flotação de minérios e efluentes líquidos, nas etapas de agregação, condicionamento e flotação. A geração de NBs foi realizada em um sistema de bancada de Flotação por Ar Dissolvido (FAD), por despressurização de uma corrente aquosa supersaturada em ar em um constritor de fluxo (válvula agulha), onde ocorre o fenômeno de cavitação hidrodinâmica com geração de microbolhas (MBs) e NBs. Após, um procedimento de separação das NBs em uma coluna de vidro foi realizado, explorando o fato de que as MBs ascendem e colapsam na superfície do líquido, enquanto as NBs são estáveis e permanecem em suspensão por longos períodos de tempo. As dispersões aquosas de NBs foram caracterizadas medindo diversos parâmetros físicos e físico-químicos, entre outros: concentração numérica, diâmetro médio-Dm, potencial zeta-PZ e tempo de vida. Para tanto, foram usadas as técnicas de Nanoparticle Tracking Analysis (NTA, ZetaView®, Particle Matrix, Germany) e Dynamic Light Scattering (DLS, NanoZetaSizer®, Malvern, UK). Ainda, foram avaliadas diferentes condições de geração para os parâmetros pressão de saturação e tensão superficial da solução aquosa Os resultados demonstraram que a concentração de NBs é inversamente proporcional a pressão de saturação e a tensão superficial do líquido, atingindo o valor de 1,6 x 109 NBs.mL-1 com Psat = 2,5 bar e solução de alfa-Terpineol (100 mg.L-1 e Tsup = 49 mN.m-1). Ainda, medidas de NTA demonstraram que as NBs permanecem estáveis, sem mudanças significativas na sua concentração numérica e no tamanho médio, por um período superior a 14 dias. Ainda, com o preparo de amostra da dispersão aquosa de NBs com uso de corante azul de metileno, foi possível a realização de microfotografias de dispersões aquosas de NBs, uma vez que o corante adsorve na superfície das bolhas e possibilita um contraste visual necessário para obtenção de imagens por microscopia ótica. As interações de NBs com partículas minerais, precipitados coloidais de aminas e microbolhas foram estudadas, assim como seus efeitos na flotação aplicada a esses sistemas (partículas de quartzo e precipitados de aminas). Os resultados de flotação mostraram que as nanobolhas isoladas não são capazes de flotar as partículas de quartzo, devido ao baixo lifting power das NBs. Entretanto, quando utilizadas em uma etapa de condicionamento do quartzo, antes da flotação com macrobolhas, foram responsáveis por aumentar significativamente a flotação de partículas finas (<37 μm) em cerca de 20% Porém, esse mesmo efeito não foi observado na recuperação das partículas grossas (> 212 μm). Os precipitados de amina foram formados em meio alcalino (insolubilização) a partir de concentração 10-3 mol.L-1, pH >10,5 e após 30 min de agitação. As medidas de tamanho e potencial zeta, em função do pH do meio, mostraram que os colóides formados apresentaram tamanhos na ordem de nanômetros (120 – 350 nm), sendo que o máximo crescimento foi obtido próximo ao ponto isoelétrico (pH 11). Os estudos de flotação dos precipitados coloidais de amina revelaram que as nanobolhas isoladas foram altamente eficientes, atingindo valores de remoção em torno de 80%. Por sua vez, a flotação com microbolhas juntamente com as nanobolhas apresentaram valores de remoção de amina entre 50 – 60 %. Para validar os resultados obtidos previamente dos efeitos das NBs na flotação de quartzo e precipitados coloidais de aminas, foram realizados estudos com condicionamento de partículas finas de quartzo (D32 = 8 μm) e de precipitados de aminas com NBs e análise por microscopia ótica (magnificação de 1000x), demonstrando visualmente a agregação desses sistemas particulados. Acredita-se que a presente Tese de doutorado traz avanços na geração de NBs dispersas em alta concentração e apresenta dados inéditos de caracterização física e físico-química desses sistemas, contribuindo para um melhor entendimento dos efeitos das NBs em diferentes sistemas de flotação no tratamento de minérios e de efluentes líquidos e possibilitando o desenvolvimento de novas técnicas que utilizam NBs em diferentes áreas da engenharia e outras ciências aplicadas.