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ORCID:  http://orcid.org/0000-0001-6055-6690
Document type: Dissertação
Access type: Acesso Aberto
Embargo Date: 2023-02-23
Title: Efeito de gases não-convencionais na flotação da apatita
Alternate title (s): Effect of non-conventional gases on apatite flotation
Author: Françoso, Ana Carolina Mocci
First Advisor: Vieira, Luiz Gustavo Martins
Second Counselor: Barrozo, Marcos Antonio de Souza
First member of the Committee: Silva, Elenice Maria Schons
Second member of the Committee: Reis, Angelica da Silva
Third member of the Committee: Santana, Ricardo Corrêa de
Summary: Três grandes classes de minérios ou minerais são geralmente consideradas na indústria mineral: metálicos, não-metálicos e energéticos. Há uma subdivisão na classe dos não-metálicos em: rochas e minerais industriais, gemas e águas minerais. Entre as rochas e minerais industriais, no grupo dos agrominerais, que são minerais e rochas utilizados na agricultura, encontra-se o fosfato. No Brasil, os depósitos de fosfato são de origem ígnea e possuem uma particularidade: ganga carbonática associada à apatita. No comércio, na indústria, nos meios técnicos e científicos é comum analisar os concentrados fosfáticos em função de seu teor de pentóxido de fósforo (P2O5), sendo a rocha fosfática considerada a única fonte viável para obtenção de fósforo. A apatita, considerada um mineral-minério do fósforo, possui de 5 a 15% de P2O5, e é utilizada, essencialmente, na fabricação de ácido fosfórico, matéria-prima para a produção de fertilizantes. A separação entre a apatita e a ganga carbonática é realizada por flotação, processo físico-químico de separação de minerais realizado em uma suspensão em água, fundamentado nas diferenças das características de superfície das espécies minerais, mais especificamente, na capacidade de adesão, ou não, das partículas às bolhas de gás. O gás comumente utilizado é o ar, apresentando as vantagens de ser totalmente gratuito e amplamente disponível, no entanto, no presente trabalho decidiu-se avaliar se os gases oxigênio, nitrogênio e dióxido de carbono poderiam trazer algum benefício na flotação da apatita, de forma a resultar numa maior flotabilidade, que justificaria até o custo. Importante citar ainda que, o oxigênio puro pode ser obtido pela eletrólise alcalina da água utilizando energia fotovoltaica (renovável e tecnologicamente disponível) enquanto o gás carbônico é um subproduto muito comum em processos industriais (combustões, descarbonatações e fermentações) quase sempre inaproveitado e descartado diretamente para o meio ambiente. Para isso, inicialmente foram realizados testes de arraste, nos quais o CO2 apresentou o maior percentual de arraste, e posteriormente testes de flotação em tubo de Hallimond, com os coletores Flotigam 5806 e óleo de arroz saponificado, com variações de concentração, 8, 10 e 12 mg/L, e pH, 8, 9 e 10. Todos os testes foram realizados em triplicata e a análise estatística foi feita para um nível de significância de 5%, resultando em recuperações estatisticamente iguais ou inferiores àquelas obtidas com o ar para a maior parte das condições experimentais. Em duas situações foram observados resultados estatisticamente maiores com os gases alternativos, em comparação com o ar. Numa segunda fase do trabalho alguns tensoativos foram avaliados como potenciais coletores na flotação da apatita. Tais tensoativos não apresentaram resultados satisfatórios para as condições trabalhadas inicialmente, pH 8, 9 e 10, concentrações 8, 10 e 12 mg/L; porém em testes realizados com concentração superior, de 60 mg/L, nos pH 5 e 9, a flotabilidade aumentou, indicando que para tais tensoativos seria necessário utilizar maiores concentrações do que aquelas aplicadas para coletores tradicionais.
Abstract: Three major classes of ores or minerals are generally considered in the mineral industry: metallic, non-metallic and energetic. There is a subdivision in the non-metallic class into: rocks and industrial minerals, gems and mineral waters. Among the rocks and industrial minerals, in the group of agrominerals, which are minerals and rocks used in agriculture, is phosphate. In Brazil, phosphate deposits are of igneous origin and have a particularity: carbonate gangue associated with apatite. In commerce, industry, technical and scientific means, it is common to analyze phosphate concentrates according to their phosphorus pentoxide (P2O5) content, being the phosphate rock considered the only viable source to obtain phosphorus. Apatite, considered na ore mineral of phosphorus, has 5 to 15% of P2O5, and is used, essentially, in the manufacture of phosphoric acid, raw material for the production of fertilizers. The separation between apatite and carbonate gangue is performed by flotation, a physical-chemical process of separation of minerals performed in a suspension in water, based on the differences in the surface characteristics of the mineral species, more specifically, in the capacity of adhesion, or not, of the particles to the gas bubbles. The commonly used gas is air, presenting the advantages of being totally free and widely available, however, in the present work it was decided to evaluate if the gases oxygen, nitrogen and carbon dioxide could bring some benefit in the flotation of apatite, so as to result in greater flotability, which would justify even the cost. It is also important to mention that pure oxygen can be obtained by the alkaline electrolysis of water using photovoltaic energy (renewable and technologically available) while carbon dioxide is a very common by-product in industrial processes (combustion, decarbonation and fermentation) almost always unused and discarded directly into the environment. For this, initially drag tests were conducted, in which CO2 presented the highest percentage of drag, and later flotation tests in Hallimond tube, with the collectors Flotigam 5806 and saponified rice oil, with variations in concentration, 8, 10 and 12 mg/L, and pH, 8, 9 and 10. All tests were performed in triplicate, and statistical analysis was performed for a significance level of 5%, resulting in recoveries significantly equal or lower than those obtained with air for most experimental conditions, and in two situations, significantly higher results were observed with alternative gases compared to air. In a second phase of the work some surfactants were evaluated as potential collectors in the apatite flotation, which did not present satisfactory results for the conditions initially worked, pH 8, 9 and 10, concentration 8, 10 and 12 mg/L; however, in tests performed with a higher concentration of 60 mg/L at pHs 5 and 9, the flotability increased, indicating that for such surfactants it would be necessary to use higher concentrations than those applied for traditional collectors.
Keywords: Apatita
Flotação
Ttubo de Hallimond
Ar
Oxigênio
Nitrogênio
Dióxido de carbono
Apatite
Flotation
Hallimond tube
Air
Oxygen
Nitrogen
Carbon dioxide
Area (s) of CNPq: CNPQ::ENGENHARIAS
Subject: Apatita
Flotação
Oxigênio
Nitrogênio
Dióxido de carbono
Language: por
Country: Brasil
Publisher: Universidade Federal de Uberlândia
Program: Programa de Pós-graduação em Engenharia Química
Quote: FRANÇOSO, Ana Carolina Mocci. Efeito de gases não-convencionais na flotação da apatita. 2021. 135 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - Universidade Federal de Uberlândia, Uberlândia, 2021. DOI http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.733.
Document identifier: http://doi.org/10.14393/ufu.di.2020.733
URI: https://repositorio.ufu.br/handle/123456789/31496
Date of defense: 23-Feb-2021
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