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Tese de Doutorado
Documento
Autor
Nome completo
Rogério de Oliveira Baldoino
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2017
Orientador
Banca examinadora
Leal Filho, Laurindo de Salles (Presidente)
Kahn, Henrique
Matai, Patricia Helena Lara dos Santos
Monte, Marisa Bezerra de Mello
Torem, Mauricio Leonardo
Título em português
Concentração do fosfato de Bayóvar: aspectos fundamentais e tecnológicos.
Palavras-chave em português
Água do mar
Flotação
Fosfatos
Química de superfície
Resumo em português
Foi desenvolvido um processo tecnológico para concentrar apatita das camadas 6 e 7 do depósito sedimentar de Bayóvar (deserto de Sechura - Peru) por flotação. O minério é composto por apatita (84%), feldspatos (12%), quartzo (4%) e traços de mica, anfibólio e carbonatos. As partículas de apatita apresentaram grau de liberação maior que 90% na sua granulometria (-800 mm). Embora a flotação direta da apatita com ácido graxo ser tecnicamente viável, os melhores resultados metalúrgicos foram produzidos com a flotação catiônica reversa utilizando amidoamina (concentração na solução da flotação = 107 mg/L e dosagem = 250 g/t) como coletor em pH natural (7,4 - 8,2) e a água do mar da região de Bayóvar. Produziu-se um concentrado de fosfato com teor de 30% de P2O5 e recuperação metalúrgica de apatita maior que 90%. A amidoamina provou ser adequada para ser usada em condições desfavoráveis causadas pela utilização da flotação em água do mar no deserto de Sechura: variações na temperatura (25oC - 40oC), concentração de eletrólitos muito alta na água de processo (força iônica de 0,71 mol/L) e variação da concentração de eletrólitos na água do mar causada pela evaporação (22 - 37 g/L de cloretos). A tese também abordou estudos fundamentais com minerais puros (apatita e feldspato) e utilização de água salgada com concentrações de sais puros semelhantes à da água do mar Bayóvar, com objetivo de contribuir para um melhor entendimento sobre como a seletividade da separação apatita/feldspato ocorre em pH 8. Por causa do potencial zeta da apatita (de 0 a +5 mV) e do feldspato (de 0 a -5 mV) imersos em água salgada ser muito baixo, a teoria clássica de Gaudin-Fuerstenau-Somasundaran não é forte o suficiente para explicar a boa seletividade desta separação. Considerou-se então a precipitação de um sal composto do agente coletor amidoamina e os ânions presentes na água salgada (cloreto e sulfato), embora a turbidez das soluções de amidoamina em água do mar só começasse a ser observada em concentração de 1.000 mg/L, maior que a concentração do coletor usada nos testes de flotação (107 mg/L). Em pH 8, os precipitados apresentaram diâmetros de (236±20) nm e exibiram potencial zeta de +15 mV. Os ângulos de contato da apatita, feldspato e precipitado foram medidos com água, glicerol e diiodometano a 22oC. Os resultados foram usados para calcular a energia de superfície dos sólidos (46,38 mJ.m-2 para o precipitado, 56,54 mJ.m-2 para a apatita e 60,59 mJ.m-2 para o feldspato), constante de Hamaker (+1,06x10-20 J para feldspato/precipitado e +0,77x10-20 J para apatita/precipitado) e energia livre de adesão apatita/precipitado (-32,39 mJ.m-2) e feldspato/precipitado (-38,55 mJ.m-2) em meio aquoso. Esses resultados negativos indicam que tanto apatita/precipitado quanto feldspato/precipitado apresentam energia livre de adesão atrativa. Entretanto, a maior magnitude da energia livre de adesão para o feldspato/precipitado indica a preferência da flotação para o feldspato. Utilizando o racional oferecido pelas teorias de DLVO/X-DLVO, construíram-se as curvas de energia de interação da apatita/precipitado e feldspato/precipitado em função da distância entre as partículas (1 nm a 20 nm). Estes resultados indicaram que a contribuição da energia de Lifshitz-van der Waals é mais significativa que a contribuição da energia ácido-base. Com relação à contribuição eletrostática, não se espera que ela tenha contribuição significativa na separação em pH 8 porque o potencial zeta de ambos minerais são muito baixos em magnitude (ainda que tenham sinais diferentes). A energia de interação para o precipitado/feldspato em função da distância é mais negativa que a energia da apatita/precipitado para ambas as teorias DLVO/X-DLVO. Esta diferença pode explicar a seletividade da separação entre a apatita e o feldspato com amidoamina (107 mg/L) em pH 8.
Título em inglês
Concentration of Bayóvar phosphate ore: fundamental and technological aspects.
Palavras-chave em inglês
Bayóvar
Flotation
Seawater
Sedimentary phosphate
Surface chemistry
Theory DLVO/X-DLVO
Resumo em inglês
A technological process was developed to concentrate apatite from the layers 6 and 7 of the sedimentary phosphate of Bayóvar (desert of Sechura - Peru) by froth flotation. The ore is composed of apatite (84%), feldspars (12%), quartz (4%) and traces of mica, amphibole and carbonates. Particles of apatite achieve a liberation degree higher than 90% as particle size is lower than 800 mm. Although direct anionic flotation of apatite with fatty acids works well, the best metallurgical results were yielded by cationic reverse flotation by using amidoamine (concentration in flotation solution = 107 mg/L and dosage= 250 g/t) as collector at natural pH (7.4 - 8.2) and seawater from Bayóvar region. A phosphate concentrate assaying 30% of P2O5 was yielded accompanied by apatite recovery higher than 90%. Amidoamine proved to be suitable to work under harsh conditions posed by seawater in the desert of Sechura for flotation purposes: prominent gap in temperature (25oC - 40oC), very high concentration of electrolytes (ionic strength of 0.71 mol/L) and variation electrolyte concentration of seawater caused by water evaporation (22 - 37 g/L of chlorides). The thesis also approached fundamental studies with pure minerals (apatite and feldspar) and salty water produced by pure salts with concentration similar to Bayóvar seawater, in order to contribute towards a better understanding on how the selectivity of the separation apatite/feldspar takes place at pH 8. Because zeta potential of apatite (from 0 to +5 mV) and feldspar (from 0 to -5 mV) immersed in salty water at pH 8 are very low, the classic theory of Gaudin-Fuerstenau- Somasundaran is not strong enough to explain the good selectivity of the achieved separation. Precipitation of a salt composed by amidoamine and anions from salty water (chloride and sulfate) was considered to happen, although turbidity of solutions solely start to happen in concentration 1,000 mg/L higher than collector concentration used in flotation experiments (107 mg/L). At pH 8, precipitates show diameter of (236 ± 20) nm and exhibit zeta potential of +15 mV. Contact angle of apatite, feldspar and precipitate was measured with water, glycerol and diiodomethane at 22oC. The results were used to calculate surface energy of solids (46.38 mJ.m-2 for precipitate, 56.54 mJ.m-2 for apatite and 60.59 mJ.m-2 for feldspar), Hamaker constant (+1.06x10-20 J for feldspar/precipitate and +0.77x10-20 J for apatite/precipitate) and free energy of adhesion apatite/precipitate (-32.39 mJ.m-2) and feldspar/precipitate (- 38.55 mJ.m-2) in aqueous media. These negative results indicate that both apatite/precipitate and feldspar/precipitate present total energy of adhesion are attractive. However, the higher magnitude of free energy of adhesion for feldspar/precipitate may indicate the preferential flotation of feldspar. The rationale maintained by DLVO and X-DLVO theories was used to build curves of interaction energy of apatite/precipitate and feldspar/precipitate versus the distance between particles (1 nm to 20 nm). These results indicate that contribution from Lifshitz-van der Waals energy play a more prominent role than acid-base contribution. Regarding electrostatic contribution, it is not expected to play a major role in the selectivity of the separation at pH 8 because the zeta potential of both minerals is very low in magnitude (although different in signal). The interaction energy for feldspar/precipitate versus distance is more negative than the energy of apatite/precipitate versus distance from both DLVO and X-DLVO theories. Such a difference could explain the selectivity of separation between apatite and feldspar with amidoamine (107 mg/L) at pH 8.
 
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Data de Publicação
2017-09-04
 
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