Flotação de quartzo grosso em colunas: influência da pressão sobre dinâmica de bolhas e ângulo de contato. - Oliveira, Alexandre Vale (2021)
A concentração de hematita a partir de itabiritos no Quadrilátero Ferrífero (MG) tem sido conduzida há mais de 40 anos por flotação catiônica reversa de quartzo em meio básico, utilizando-se células mecânicas e também colunas. Todavia, enquanto as primeiras são usadas na flotação de partículas de qualquer tamanho, existe consenso entre as mineradoras de que colunas não são adequadas para a flotação de partículas grossas (diâmetro > 100µm). A literatura fornece evidências de que a baixa recuperação de partículas grossas se deve, principalmente, à ação da turbulência presente nas células de flotação, causando a ruptura do agregado partícula/bolha. Como intuitivamente se pode supor que células mecânicas operem em um ambiente muito mais turbulento do que as colunas (células mecânicas operam em escala industrial com Número de Reynolds do impelidor > 1,0x106), a preferência das empresas por células mecânicas para concentrar partículas grossas justifica um estudo para entender a razão de tal atitude. Foi considerada uma hipotética coluna de flotação de 23m de altura, localizada a 760m acima do nível do mar (pressão atmosférica - Patm = 93kPa), concentrando minério de ferro (?polpa = 1426kg/m³) cuja polpa contém 50% de sólidos (w/w) e 10% de ar. Sob tais condições de contorno, uma bolha gerada na base desse equipamento está submetida a uma pressão externa (Pe) da ordem de 393 kPa. Todavia, tal bolha sofre contínuo alívio de pressão à medida que ascende ao longo do eixo da coluna. Com base nesta premissa, o objetivo deste trabalho foi avaliar a influência da pressão externa sobre a estabilidade do agregado partícula/bolha. Para isso, mediu-se o diâmetro da bolha (db) e o ângulo de contato (?) do quartzo em água pura versus em solução de 5mg/L de Flotigam®EDA (pH = 10,5 e T = 20ºC), variando-se a pressão externa de 393kPa (base do equipamento) até 93kPa (topo). Além disso, estimou-se a velocidade de ascensão das bolhas a fim de inferir seu comportamento, baseando-se em dois números hidrodinâmicos adimensionais: Número de Eötvos (Eo) e Número de Weber (We). Com isto, observou-se que, à medida que o agregado partícula/bolha ascende verticalmente na coluna de flotação; devido ao constante alívio de pressão, ? diminui de (47,1 ± 0,3)º para (15,7 ± 0,2)º em água destilada e de (60,5 ± 0,1)º para (42,4 ± 0,2)º na presença de Flotigam®EDA. Por outro lado, db aumenta na ordem de 60% nas duas situações simuladas (água pura versus solução de Flotigam®EDA). Complementarmente se verificou que bolhas de ar com diâmetro de até 1,86mm estão sob o domínio das forças de superfície (Eo < 0,59 e We < 1) e, a partir deste tamanho, as forças inerciais a elas se sobrepõem (We>1), gerando intensas tensões de cisalhamento que podem fazer com que bolhas se soltem das partículas grossas de quartzo, causando sua destruição. Finalmente, foi possível relacionar a altura da coluna onde a bolha deixa o domínio das forças de superfície e entra no domínio das forças inerciais (aqui chamada de altura crítica - hcrítica) versus diâmetro inicial da bolha (di), ou seja, diâmetro na base da coluna. Assim, bolhas com di igual a 1,39; 1,46; 1,63; 1,68 e 1,73mm atingiram hcrítica em 15,7; 13,5; 9,8; 7,7 e 5,9m, nesta ordem. Esses resultados permitem inferir a altura máxima que colunas de flotação precisam exibir a fim de concentrarem hematita por flotação catiônica reversa de quartzo em meio básico.