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Tese de Doutorado
DOI
10.11606/T.3.2013.tde-06072014-215639
Documento
Autor
Nome completo
Daniela Gomes Horta
E-mail
Unidade da USP
Área do Conhecimento
Data de Defesa
Imprenta
São Paulo, 2013
Orientador
Banca examinadora
Leal Filho, Laurindo de Salles (Presidente)
Kahn, Henrique
Matai, Patrícia Helena Lara dos Santos
Monte, Marisa Bezerra de Mello
Santos, Carlos de Oliveira Paiva
Título em português
Efeito da cristalinidade e da cinética de dissolução no desempenho da flotação de apatitas e calcitas.
Palavras-chave em português
Apatita
Calcita
Cristalinidade
Dissolução
Flotação
Resumo em português
Diferentes estratégias de flotação (reagentes, pH e rota) têm sido utilizadas na separação entre apatita e carbonatos em todo o mundo. Há evidências na literatura de que a cristalinidade afeta a flotação de apatitas e calcitas com oleato de sódio. Além disso, a dissolução dos sais semi-solúveis pode influenciar a interação entre a superfície dos minerais e os reagentes de flotação, uma vez que o mecanismo de adsorção mais importante é a precipitação de oleato de cálcio na interface sólido/líquido. Portanto, o objetivo deste trabalho é investigar a relação entre cristalinidade, cinética de dissolução e resposta à flotação de apatitas e calcitas de diferentes gêneses (ígnea, metamórfica e sedimentar) e origens. Quatro tipos de minerais foram utilizados: purificados a partir de minérios, previamente purificados, naturalmente puros e amostras de coleção. As amostras foram caracterizadas por fluorescência de raios-X e microanálise (WDS/EDS). Características físicas como densidade (d), área superficial (S) e porosidade (P) também foram determinadas. O método de Rietveld aplicado à difração de raios-X foi usado tanto para comprovar a pureza das amostras como para estudar a cristalinidade dos minerais por meio da determinação dos parâmetros de rede (distâncias a e c, e volume da cela unitária- VCU), além do grau de cristalinidade (GC), tamanho de cristalito (TC) e microdeformação (MD). Ensaios de dissolução, conduzidos na ausência de CO2, forneceram a quantidade (mol) de íons Ca2+ (nCa2+) dissolvidos em função do tempo (t) e normalizada em relação à área superficial. Os resultados se ajustam a um modelo de primeira ordem: nCa2+ = Ca2+MAX(1- e-kt). Este procedimento permitiu calcular os valores da quantidade máxima de íons Ca2+ dissolvidos (Ca2+MAX), bem como da constante cinética (k). Além disso, a velocidade de dissolução foi determinada para a etapa rápida (VR), que caracteriza o início da reação, e para a etapa lenta (VL), que ocorre nas proximidades do estado estacionário. A resposta à flotação com oleato de sódio foi determinada por meio de experimentos de microflotação. Várias relações de causa e efeito são encontradas: flotabilidade (F) versus VR, e VR versus características intrínsecas (parâmetros de rede, de cristalinidade e físicos). VR foi selecionado para participar de tais modelos, pois, caracteriza o intervalo de tempo em que o condicionamento (1 minuto) e a microflotação (1 minuto) ocorrem. Observa-se que a flotabilidade dos minerais aumenta com o aumento de VR, sugerindo que apatitas e calcitas que disponibilizam mais íons Ca2+ em solução para interagir com o oleato, exibem mais elevada flotabilidade. Equações lineares de F em função de VR em pH 8 (R = 0,97 para apatitas e R = 0,66 para calcitas) e pH 10 (R = 0,95 para apatitas e R = 0,63 para calcitas) foram encontradas. Correlações lineares múltiplas foram utilizadas para relacionar VR (em pH 8 e 10) com as características intrínsecas que exercem maior influência sobre este parâmetro. Para as apatitas, VR foi equacionado em função de GC, TC e c, enquanto para as calcitas, os parâmetros GC, TC, d e P foram selecionados para compor o modelo. Os valores de VR calculados se ajustam aos observados dentro de um intervalo de confiança de 95%. As equações lineares propostas para as apatitas foram usadas para se estimar F das amostras de Anitápolis-SC e Tapira-MG, que não foram submetidas aos ensaios de dissolução. Os valores de F calculados estão em concordância com aqueles experimentalmente determinados.
Título em inglês
Effect of crystallinity and dissolution kinetics on flotation performance of apatites and calcites.
Palavras-chave em inglês
Apatite
Calcite
Crystallinity
Dissolution
Flotation
Resumo em inglês
Different flotation strategies (reagents, pH and route) have been adopted to separate apatite from carbonates around the world. Literature provides evidences that crystallinity affects flotation response of apatite and calcite with sodium oleate. Furthermore, dissolution of salt-type minerals influences the interaction between mineral surface and flotation reagents, because the most important adsorption mechanism is the surface precipitation of calcium oleate onto mineral/water interface. Therefore, the objective of this research is to investigate the relationship between crystallinity, dissolution kinetics and flotation response of apatites and calcites from different genesis (igneous, metamorphic and sedimentary) and origins. Four sorts of minerals were utilized: minerals purified from ores, minerals previously purified, naturally pure minerals and collection samples. They were characterized by X-ray fluorescence and X-ray microanalysis (WDS/EDS). Physical characteristics, as specific gravity (d), surface area (S) and porosity (P), were also determined. The Rietveld method applied to X-ray diffraction data was used either to probe the purity of samples or to study the crystallinity of the minerals by means of determining their lattice parameters (a and c dimensions plus lattice volume-VCU), in addition to crystallinity degree (GC), crystallite size (TC) and microstrain (MD). Dissolution experiments, conducted in the absence of CO2, yielded curves which relate the amount (mol) of dissolved Ca2+ ions (nCa2+) versus time (t), normalized by the surface area. They fit a first order model: nCa2+ = Ca2+MAX(1- e-kt). Curve fitting via exponential adjustment was accomplished to calculate values of the maximum amount of dissolved Ca2+ ions (Ca2+MAX) and the kinetic constant (k). In addition, the dissolution rate was determined for the fast step (VR), which characterizes the beginning of the reaction, and for the slow step (VL), as it tends to the steady state. Flotation response with sodium oleate was determined by microflotation experiments. Several cause-effect relationships are found: floatability (F) versus VR, and VR versus intrinsic characteristics of minerals (lattice, crystallinity and physical parameters). VR was selected to participate in the model because it characterizes the length of time along which reagent conditioning (1 minute) plus microflotation (1 minute) take place. It is observed that F increases as VR becomes greater, suggesting that samples of apatites and calcites which place more Ca2+ ions in solution to interact with oleate exhibit higher flotation performance. Linear equations of F versus VR at pH 8 (R = 0,97 for apatites and R = 0,66 for calcites) and pH 10 (R = 0,95 for apatites and R = 0,63 for calcites) were found. Likewise, multiple linear correlations were used to relate VR (at pH 8 and 10) with the intrinsic characteristics of apatites and calcites that affect VR to a greater extent. For apatites, VR was modeled as a function of GC, TC and c, while for calcites, the parameters GC, TC d and P were selected to compose the model. The calculated VR values fit the experimental ones within 95% of confidence. The linear equations developed for apatites were used to estimate floatability of the samples from Anitápolis-SC and Tapira-MG, which were not submitted to dissolution experiments. The values of calculated floatability are in agreement with the experimental ones.
 
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Tese_DANIELAGHORTA.pdf (25.73 Mbytes)
Data de Publicação
2014-07-16
 
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