Flottazione

La flottazione è un processo di separazione per gravità in cui vengono utilizzate bolle d’aria o di gas per trasportare la materia sospesa sulla superficie di un liquido, dove può essere raccolta tramite un processo di scrematura mentre i componenti che hanno maggiore affinità con il liquido ovvero con caratteristiche idrofile sedimentano sul fondo.

La flottazione è un trattamento fisico-chimico che consente la separazione dei minerali utilizzando sospensioni minerali acquose che sono macinate e sottoposte a gorgogliamento forzato dell’aria, che produce la flottazione di metalli preziosi da scorie in base alle proprietà idrofobiche e idrofile dei minerali.

Pertanto questo tipo di processo costituisce uno dei metodi più utilizzati per concentrare i minerali da una miniera, ma è anche utilizzata per altre applicazioni, come, ad esempio, nel campo del trattamento delle acque reflue e, più in generale, per la separazione e la concentrazione di sospensioni o soluzioni acquose di una varietà di minerali, carbone, precipitati, costituenti di rifiuti inorganici, effluenti, e perfino microrganismi e proteine.

A seconda del tipo di particelle e della tecnologia adoperata si distinguono diversi tipi di flottazione ovvero quella naturale o per gravità utilizzata quando le particelle hanno un peso specifico minore rispetto a quello dell’acqua, ad aria o gas disciolti utilizzata per la chiarificazione delle acque per la rimozione dei solidi sospesi o idrocarburi. Vi è poi il processo a gas indotto e quello con schiuma.

Flottazione con schiuma

La flottazione con schiuma (froth flotation) è un processo che separa selettivamente i materiali in base al fatto che siano idrorepellenti ovvero idrofobici o abbiano un’affinità per l’acqua ovvero idrofili e usata tipicamente in campo minerario per l’estrazione di metalli allo stato puro dai loro minerali.

Questo processo sfrutta le differenze nelle proprietà superficiali tra le varie specie. Le particelle di minerale finemente macinate  vengono sospese in acqua e introdotte in un serbatoio o in una cella di flottazione. All’acqua viene aggiunto un reagente che si lega selettivamente rendendo le particelle idrofobiche.

Nella prima fase si ricorre alla riduzione della dimensione delle particelle. La frantumazione e la macinazione riducono la dimensione delle particelle del minerale. Successivamente il minerale viene combinato con acqua e diversi reagenti di flottazione, come modificatori, collettori come xantati, tiourea e acidi grassi e schiumogeni, dopo essere stato lavorato e ciò fa sì che i minerali diventino idrofobi a causa dell’adsorbimento selettivo dei collettori, che sono composti tensioattivi.

In questo tipo di processo con schiuma viene creato uno strato di schiuma sulla superficie della polpa iniettando aria nella cella di flottazione. A seguito di ciò le particelle minerali idrofobiche salgono sulla superficie della cella di flottazione come schiuma dalle bolle d’aria che vi aderiscono e i minerali idrofili della ganga vengono rilasciati come residui. Man mano che i residui vengono rilasciati dal fondo della cella di flottazione, la schiuma contenente le particelle minerali viene continuamente scremata dalla superficie della cella.

Flottazione dell’oro

Il processo chimico per l’estrazione dell’oro dai minerali auriferi utilizza una soluzione acquosa di cianuro di sodio come solvente, da cui il metallo viene estratto. L’oro nel minerale aurifero reagisce con il cianuro per formare un complesso secondo la reazione:
4 Au + 8 NaCN + 2H₂O + O₂→ 4 Na[Au(CN)₂] +4 NaOH

Successivamente l’oro viene rimosso dalla soluzione tramite una reazione di scambio semplice utilizzando un metallo reattivo come lo zinco secondo la reazione:
2 Na[Au(CN)₂] + Zn = 2 Au + Na₂[Au(CN)₄]

Il processo di estrazione dell’oro tramite flottazione, invece, si basa sulla differenza delle proprietà fisiche e chimiche della superficie del minerale e viene attuato in modo che il minerale aderisca alla bolla per raggiungere lo scopo dell’estrazione dell’oro.

Nei depositi primari di oro, i minerali contenenti oro spesso coesistono con minerali contenenti lo ione solfuro come pirite, calcopirite, galena e sfalerite. Nel processo di flottazione dell’oro, è necessario aggiungere reagenti specifici alla poltiglia per separare e purificare selettivamente i minerali d’oro dai minerali di ganga e migliorare la velocità di recupero del concentrato d’oro.

I collettori che si legano selettivamente alla superficie delle particelle d’oro per renderle più idrofile. utilizzati nella flottazione sono xantato, ditiofosfato e mercaptobenzotiazolo. Gli agenti schiumogeni per la separazione di minerali di oro e argento, comunemente utilizzati sono trementina e olio di canfora.

I minerali d’oro hanno una buona galleggiabilità tuttavia, a causa delle caratteristiche di elevata densità e alto peso specifico, l’effetto di flottazione del minerale d’oro è limitato da molti fattori come la dimensione delle particelle d’oro, il valore del pH, la concentrazione e la materia carboniosa nel minerale d’oro.

Flottazione del rame

I minerali di ossido di rame come malachite, azzurrite e cuprite costituiscono importanti risorse di rame.  La flottazione è il metodo più comunemente utilizzato per l’arricchimento dei minerali di ossido di rame nell’industria di lavorazione dei minerali.

I metodi di flottazione includono la flottazione diretta utilizzando reagenti chelanti o un acido grasso come collettore, la flottazione di solforazione utilizzando xantato come collettore e quella di attivazione utilizzando reagenti chelanti, sali di ammonio, ioni metallici e ossidanti per l’attivazione.

In particolare la malachite che è un idrossido carbonato rameico con formula Cu₂(CO₃)(OH)₂ è il minerale contenente rame più comune con le maggiori riserve. La superficie della malachite ha un’elevata elettronegatività e le molecole d’acqua in soluzione acquosa sono adsorbite facilmente sulle superfici della malachite per polarizzazione per generare un guscio di idratazione stabile vicino al minerale, che quindi mostra un’elevata idrofilia.

La superficie della malachite ha una buona solubilità e la sua interfaccia minerale/soluzione è instabile. Ciò porta a un adsorbimento instabile del collettore sulla superficie della malachite e a un desorbimento del collettore dalla superficie della malachite durante la flottazione.

In condizioni acide, sulla superficie della malachite sono presenti ioni di rame, mentre in condizioni alcaline, sulla superficie della malachite sono presenti gruppi idrossilici.

Pertanto, il comportamento della malachite nel processo può essere modificato regolando il pH.  I metodi di flottazione per i minerali contenenti ossido di rame includono principalmente la flottazione diretta mediante aggiunta diretta di collettori e di uno schiumatore al processo di flottazione senza l’uso di attivatori e quella con solforazione per aggiunta di un reagente solforante prima dell’aggiunta di un collettore per modificare le proprietà delle superfici dei minerali.