ESTUDOS DE adsorção, flotação e ângulo de contato na interface pirita-ALQUILxantato DE POTÄSSIO-ar
Nito Angelo Debacher (PQ), Fábio Garcia Penha (PG) e Vivian Cristina Spier (IC)
Universidade Federal de Santa Catarina - UFSC
Departamento de Química
Florianópolis - SC
fabio@qmc.ufsc.br
palavras-chave: flotação, ângulo de contato, pirita
A pirita, FeS2, é um mineral abundante na natureza e sua ocorrência está associada ao carvão mineral, constituindo uma das principais impurezas, contribuindo para o aumento de dióxido de enxofre na atmosfera. Um dos métodos mais utilizados na separação de carvão/pirita é a flotação, que consiste na adesão de partículas em uma bolha de gás devido a hidrofobicidade de sua superfície. A hidrofobicidade da superfície do mineral pode ser modificada usando agentes químicos como xantatos, que são adsorvidos sobre a pirita modificando sua superfície, de hidrofílica para hidrofóbica. Através do controle da quantidade de xantato adsorvido, pretende-se otimizar o processo de separação de carvão/pirita.
Os xantatos usados neste trabalho foram o etilxantato de potássio, C2XK, o butilxantato de potássio, C4XK, e o octilxantato de potássio, C8XK. Além de estudos de adsorção e flotação, também foram realizadas medidas do ângulo de contato de equilíbrio na interface pirita-xantato-ar.
As amostras de pirita foram obtidas da Mina Esperança, da Carbonífera Metropolitana em Siderópolis – SC. As adsorções foram realizadas num reator, com temperatura e agitação controladas na presença de oxigênio. A quantidade adsorvida foi acompanhada por UV, pelo desaparecimento dos xantatos em 301 nm, em pH = 8,00. Utilizou-se 1g de pirita com tamanho de partículas entre 0,105 - 0,125 mm de diâmetro e 50 mL da solução aquosa dos xantatos. As adsorções foram realizadas com adições dos xantatos até a saturação da superfície da pirita.
A flotação foi realizada após a adsorção dos xantatos, num tubo de Hallimond modificado, utilizando gás nitrogênio com um fluxo de 0,5 L/minutos. Pôde-se avaliar o efeito da presença dos xantatos adsorvidos, do número de carbonos da cadeia alquílica e de suas concentrações (ou quantidade adsorvida) na flotação da pirita.
As medidas do ângulo de contato de equilíbrio foram realizadas pelo método da captura da bolha. As amostras foram preparadas e utilizadas na forma de placas. A região de contato, mostrando o perfil da bolha, foi filmada com uma câmera de vídeo da marca Javeli, modelo JE3762DSP e conectada a um microcomputador. A bolha foi formada com um micrômetro da Gilmont de 0,2 mL e foram utilizadas bolhas com raios de cerca de 0,10 cm. Os ângulos de contato foram medidos após a adsorção dos xantatos sobre a placa de pirita, em pH = 8,00. A superfície da pirita, sem xantato adsorvido, é completamente molhável, apresentando ângulo de contato de zero grau em água.
As isotermas de adsorção para o C2XK, C4XK e C8XK , mostraram que com o aumento da cadeia carbônica, uma menor quantidade de xantato foi utilizada para a saturação da superfície da pirita. Foi necessário 3 . 10-5 mol de C8XK por grama de pirita, 8 . 10-5 mol de C4XK por grama de pirita e 16 . 10-5 mol de C2XK por grama de pirita. O tempo necessário para que o equilíbrio ocorra depende da concentração e do número de carbonos dos xantatos. A velocidade de adsorção é controlada por difusão, sendo mais rápida em soluções diluídas com xantatos de cadeia maior.
Na flotação da pirita sem xantato adsorvido, apenas 37% foi recuperada após 3.000 segundos de flotação. Utilizando uma concentração de 3 . 10-3 mol/L de C2XK (5,80 . 10-5 mol adsorvido por grama de pirita), 100% da pirita foi recuperada em 400 segundos de flotação. Com o C4XK, 100% foi recuperada com uma concentração de 1 . 10-3 mol/L (2,90 . 10-5 mol adsorvido por grama de pirita), em 130 segundos de flotação. Uma quantidade menor ainda foi necessária para recuperar 100% da pirita com o C8XK, 6 . 10-4 mol/L (1,18 . 10-5 mol adsorvido por grama de pirita), em 200 segundos de flotação. Uma pequena quantidade de xantato adsorvido sobre a pirita já é o suficiente para promover a sua flotação. A velocidade de recuperação da pirita aumenta com o aumento da cadeia carbônica.
Um ângulo de contato diferente de zero é formado na interface pirita-xantato-ar, resultado do caráter hidrofóbico que a pirita adquire com a adsorção do xantato. O ângulo aumenta com a concentração dos xantatos. Em pH = 8,00, com o C8XK, o ângulo aumentou de 35 graus, na concentração de 1 . 10-6 mol/L, para 90 graus, na concentração de 1 . 10-4 mol/L. Também em pH = 8,00, com o C4XK, o ângulo aumentou de 35 graus, na concentração de 6 . 10-6 mol/L, para 90 graus, na concentração de 1 . 10-3 mol/L. O ângulo de contato para o C2XK não passou de 35 graus em pH = 8,00. Porém, um ângulo de 90 graus foi atingido em pH = 4,50 na concentração de 1 . 10-3 mol/L. A adsorção dos xantatos é favorecida em pH ácido, porém em pH menor do que 4,50 a sua decomposição interfere nos resultados obtidos.
Os resultados de adsorção, ângulo de contato e flotação são concordantes, pois com o aumento da cadeia carbônica a adsorção é mais rápida e a saturação da superfície da pirita é atingida com uma menor quantidade de xantato. Assim, para os xantatos de cadeia maior, um ângulo de 90 graus (superfície hidrofóbica) é formado com soluções mais diluídas, aumentando a velocidade de recuperação no processo de flotação.
Penha, F. G. - Cinética de Adsorção do Etil Xantato de Potássio Sobre Pirita. Dissertação de Mestrado, UFSC, (1997).
Debacher, N.; Ottewill, R. H. - Kinetics of Contact Angle Formation at the Gas-Solid-Liquid Interphase. Colloids and Surfaces, 52, p. 141-161, (1991).
Jiang, C. L. , Wang, X. H., Parekh, B. K., Leonard, J. W. – The surface and solution chemistry of pyrite flotation with xanthate in the presence of iron ions. Colloids and Surfaces A: Physicoch. Eng. Aspects, 136, p. 51-62, (1998).
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