Efeito das nanobolhas na filtragem de ultrafinos de minério de ferro e quartzo, utilizando filtro de pressão positiva em escala de bancada

• Ano de defesa: 2023
• Autor(a) principal: Diniz, Pablo Henrique Vieira
• Orientador(a): Azevedo, André Camargo de
• Tipo de documento: Dissertação
• Tipo de acesso: Acesso aberto
• Idioma: por
• Palavras-chave em Português: Filtração; Rejeito de mineração; Nanobolhas
• Palavras-chave em Inglês: Filtration of fines; Nanobubbles; Reduction of capillary pressure; Reduction of filtration time
• Link de acesso: http://hdl.handle.net/10183/266113

A implementação de práticas mais sustentáveis na mineração enfrenta desafios relacionados ao melhor aproveitamento dos recursos minerais, disposição de rejeito de forma mais segura, maior recuperação de água de processo e redução no consumo de reagentes. Pensando nesses desafios, a filtragem surge como uma importante estratégia, desde que seja realizada a sua otimização em relação a capacidade de processamento, custos de processo, baixa umidade da torta e aumento da velocidade de filtragem para partículas ultrafinas, visto que apresentam baixa porosidade e elevada resistência ao escoamento. Estudos recentes mostram que as nanobolhas (NBs) apresentam a capacidade de aumentar a hidrofobicidade de partículas minerais e, dessa maneira, poderiam ser uma alternativa inovadora na filtragem, ao reduzir a pressão capilar e as forças de retenção de água nos interstícios da torta, em virtude do efeito hidrofóbico. Dentro desse contexto, o objetivo geral do trabalho foi avaliar o efeito da injeção de NBs na filtragem de polpas de partículas de quartzo (69 – 307 µm), concentrado (8 µm) e rejeitos de minério de ferro (7 – 92 µm), utilizando filtro de pressão positiva em escala de bancada, analisando o tempo de filtragem e umidade da torta como parâmetros de resposta. Ainda foram avaliadas outras variáveis como a temperatura, granulometria, tipo e concentração de floculantes e tensoativos e mistura de diferentes frações granulométricas de rejeito de minérios de ferro. Os ensaios utilizaram 100 mL de polpa dentro da câmara de filtragem e utilizando papel filtro como meio filtrante (distribuição de tamanho de poro entre 2 e 5 µm), pressão de 8 bar (800 KPa) e tempo de secagem da torta de 3 min. Os resultados mostraram que o condicionamento com as NBs possibilitou reduções nos tempos de filtragem de 28, 11 e 29% para o concentrado ultrafino de minério de ferro, rejeito da flotação de lamas e rejeito da concentração magnética vertical de lamas, respectivamente. Além disso, o aumento da temperatura diminuiu o tempo de filtragem, e essa redução foi potencializada com o condicionamento com NBs em todos os níveis de temperatura estudados. O melhor floculante foi o Floticor 15553 na concentração de 10 g/t, reduzindo o tempo de 290 para 145 s para o rejeito da flotação de lamas. O melhor tensoativo foi o E/PE MIN 343/19 na concentração de 50 g/t, atingindo 130 s ao combiná-lo com o floculante. A ação conjunta do floculante e NBs alcançou 115 s e a combinação de floculante, tensoativo e NBs atingiu 94 s. A mistura de rejeito arenoso e ultrafino reduz o tempo de filtragem, sendo a ação potencializada com o uso de NBs. No entanto, nas maiores proporções de rejeito arenoso a ação das NBs é menor, devido a maior porosidade da torta que sobrepõe o efeito das NBs. Para verificar esta sobreposição, foi estudada a filtragem de polpas contendo quartzo em diferentes granulometrias e os resultados mostraram que as NBs atuam melhor nas granulometrias mais finas, sendo as reduções de 19 e 54 % para o quartzo fino e médio, respectivamente. As técnicas de microscopia ótica e difração de laser não permitiram comprovar o efeito de agregação proporcionado pelas NBs, o que indica que o menor tempo de filtragem proporcionado pelas NBs provavelmente ocorre pelo aumento da hidrofobização da superfície das partículas, o qual reduz a pressão capilar nos interstícios da torta e aumenta a permeabilidade da mesma. Este efeito é adicional ao uso de reagentes floculantes onde a agregação das partículas é o principal objetivo. Acredita-se que esse estudo abre uma linha de investigação de aplicação de NBs na filtragem para desaguamento de polpas minerais no tratamento de minérios, de um modo geral. Este estudo sugere a continuidade das pesquisas com estudos básicos de mecanismos, métodos de geração e injeção de NBs em alta taxa nas polpas minerais e escalonamento de processo em escalas piloto e/ou industrial.