Efeito de microbolhas e nanobolhas revestidas com alquil-éter-monoamina na flotação catiônica reversa de minério de ferro

Abstract

O objetivo desta dissertação foi avaliar o efeito da injeção de microbolhas (MBs) e nanobolhas (NBs) revestidas com alquil-éter-monoamina (Flotigam 7100) na flotação catiônica reversa de minério de ferro. O estudo teve como meta principal a remoção máxima de sílica para a obtenção de concentrados adequados aos fornos de redução direta, exigindo especificações técnicas rigorosas de teor de ferro superior a 67% e a soma de SiO2 e Al2O3 inferior a 3%. O desenvolvimento experimental dividiu-se em estudos fundamentais de microflotação em minicoluna, utilizando quartzo puro em diferentes granulometrias, e estudos aplicados de flotação em escala de bancada (célula Denver) com duas amostras industriais de minério de ferro, denominadas “1” e “2”. Os resultados da microflotação revelaram que a presença de nanobolhas revestidas com amina (CNBs) proporcionou um aumento expressivo na cinética e na recuperação mássica do quartzo, em comparação com os testes convencionais sem nanobolhas. Atingiu-se recuperações superiores a 90% para todas as frações finas e médias estudadas. O destaque metalúrgico desta etapa foi a recuperação quase total, de aproximadamente 99%, observada na flotação da fração grosseira de quartzo (-212 +150 µm) em baixo tempo de residência. Este fenômeno sugere que as nanobolhas aderem eficientemente à superfície do quartzo, atuando como sementes que potencializam a adesão de macrobolhas e favorecem a formação de agregados robustos. Na escala de bancada, a maioria dos ensaios conduzidos com a injeção de MBs e NBs demonstrou franca superioridade em relação aos testes realizados nas condições padrões da indústria. Para a amostra de minério “1” (caracterizada por granulometria mais grossa e menor teor de ferro), a estratégia de injeção direta de MBs e NBs cumpriu quase todas as metas técnicas estipuladas. Nesta condição otimizada, o concentrado alcançou a excelente marca de 67% de Fe, 2,1% de SiO2 e 0,6% de Al2O3. No processamento do minério “2” (com maior proporção de finos e maior teor de ferro), a melhoria da seletividade também foi confirmada com o uso das NBs. Contudo, a adequação e controle da granulometria superior da alimentação (cominuição até 100% passante em 150 micrômetros) em conjunto com a injeção de MBs e NBs resultou na maior qualidade de concentrado para este minério, alcançando 65,8% de Fe, 2,7% de SiO2 e 0,8% de Al2O3. Conclui-se que o uso de micro e nanobolhas consolida-se como uma tecnologia robusta e inovadora, atuando de forma decisiva no aumento da seletividade do processo de flotação catiônica reversa e viabilizando a maximização da eficiência de recuperação de quartzo, tanto na faixa de finos quanto de grossos.

The objective of this dissertation was to evaluate the effect of injecting microbubbles (MBs) and nanobubbles (NBs) coated with alkyl-ether-monoamine (Flotigam 7100) on the reverse cationic flotation of iron ore. The main goal was the maximum removal of silica to obtain concentrates suitable for direct reduction furnaces, which require strict technical specifications of iron content above 67% and the sum of SiO2 and Al2O3 below 3%. The experimental development was divided into fundamental microflotation studies in a mini-column, using pure quartz in different particle size ranges, and applied bench-scale flotation studies (1.25 L Denver cell) with two industrial iron ore samples, designated "1" and "2". The microflotation results revealed that the presence of amine-coated nanobubbles (CNBs) provided a significant increase in the kinetics and mass recovery of quartz, compared to conventional tests without nanobubbles. Recoveries exceeding 90% were achieved for all studied fine and medium fractions. The metallurgical highlight of this stage was the almost total recovery, approximately 99%, observed in the flotation of the coarse quartz fraction (-212 +150 µm) with a short residence time. This phenomenon suggests that nanobubbles efficiently adhere to the quartz surface, acting as seeds that enhance the adhesion of macrobubbles and promote the formation of robust floating aggregates.At the bench scale, most tests conducted with the injection of MBs and NBs demonstrated clear superiority over tests performed under standard industry conditions. For ore sample "1" (characterized by a coarser particle size and lower original iron grade), the direct injection strategy of MBs and NBs met almost all the established technical goals. Under this optimized condition, the concentrate reached the excellent mark of 67% Fe, 2.1% SiO2, and 0.6% Al2O3. In the processing of ore "2" (consisting of a higher proportion of fines and a higher original grade), improved selectivity was also confirmed with the use of NBs. However, controlling the upper size limit of the feed (comminution to 100% passing 100 mesh) coupled with the injection of MBs and NBs resulted in the highest concentrate quality for this ore, reaching 65.8% Fe, 2.7% SiO2, and 0.8% Al2O3.It is concluded that the use of micro and nanobubbles stands as a robust and innovative technology, acting decisively to increase the selectivity of the reverse cationic flotation process and enabling the maximization of quartz recovery efficiency, in both fine and coarse size ranges.