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PMI 3808 – Flotação de sulfetos e metais livres Aula Prática – ÂNGULO DE CONTATO
1. Conceito de ângulo de contato
Conforme ilustra a Figura 1, se uma bolha de gás for colocada em contato com a superfície de um sólido imerso em um líquido, ela vai formar um ângulo (ϴ) com a fase sólida. Tal ângulo é denominado de ângulo de contato. Via de regra, na mineração, a fase sólida é um mineral ou rocha, a fase líquida é a água e a fase gasosa é o ar atmosférico. Portanto, define-se ângulo de contato (ϴ) como o ângulo formado entre a fase sólida e a fase gasosa, medido através da fase líquida. Figura 1: Representação gráfica do ângulo de contato.
Voltando à Figura 1, podemos observar três vetores assim identificados como: S/L, S/G e L/G,
que representam a tensão superficial das interfaces S/L, S/G e L/G, respectivamente. Eles agem paralelamente às suas respectivas interfaces e se encontram orientados no sentido oposto ao aumento da área interfacial.
Ao chamarmos os três vetores (S/L, S/G e L/G) de tensão superficial , enfoca-se o fenômeno
sob o ponto de vista da Mecânica e, por isto, as unidades mais apropriadas são: N/m no sistema SI e dyn/cm no Sistema CGS.
Se enfocarmos o fenômeno através da Termodinâmica, então os termos S/L, S/G e L/G serão
definidos como variação da energia livre interfacial por unidade de área, mantendo-se constantes a temperatura e pressão, conforme ilustram as Equações (1), (2) e (3). Neste caso, as unidades mais adequadas seriam J/m^2 no sistema SI, assim como erg/cm^2 no sistema CGS. Para a interface sólido/gás (SG), temos:
Para a interface sólido/líquido (SL), temos: (2) Para a interface líquido/gás (LG), temos (3)
2. Relação entre ângulo de contato e energia superficial do mineral
As grandezas definidas pelas equações (1), (2) e (3) estão relacionadas ao ângulo de contato através da Equação (4), que também é chamada de Equação de Young. (4)
3. Relação entre ângulo de contato e molhabilidade dos minerais
Dependendo da magnitude do ângulo de contato (ϴ), pode-se prever a molhabilidade do sólido por qualquer liquido, ou seja: (a) Se ϴ= 0 o^ o sólido tem total afinidade pelo líquido e será plenamente molhado pelo mesmo; (b) Se 0 o < ϴ ≤ 90º, diz-se que o sólido é parcialmente molhado pelo líquido; (c) Quando ϴ > 90º, o sólido repele o liquido completamente. No que concerne à água, nenhum mineral apresenta ângulo de contato maior do que 90º. Todavia, produtos confeccionados pela indústria (Teflon) podem apresentar ϴ ~ 108º. Minerais portadores de oxigênio geralmente apresentam ϴ~ o , mas após adsorção de surfactantes na interface mineral/solução, ϴ pode chegar a valores de até 90º.
4.3 Histerese do ângulo de contato: avanço versus retrocesso Ângulos de contato, quando medidos diretamente através de goniômetros, podem apresentar variações (avanço ou retrocesso) em função de características da interface sólido/líquido durante o processo de molhabilidade do sólido pelo líquido. No caso da medida indireta, o ângulo é sempre de avanço do líquido sobre o sólido (todavia esta técnica não será abordada nesta aula prática). Ângulo de contato de avanço pode ser medido com o aumento da gota de líquido posicionada sobre a superfície sólida (Figura 3). Isto pode ser feito com uma seringa que permanece na gota durante a medida. A gota é aumentada inserindo-se mais líquido através da agulha. Enquanto o volume aumenta, a linha divisória entre líquido e sólido se move (Figura 4). O ângulo de contato tem que ser medido durante o aumento de volume da gota, pois, deste modo, efeitos como sedimentação, mudanças devido a diferentes pressões de vapor de diferentes componentes do líquido ou dissolução da superfície sólida serão eliminados e somente a interação sólido/líquido é medida. Figura 3 - Ângulo de contato de avanço. O ângulo de contato de retrocesso pode ser medido posicionando-se uma gota relativamente grande (~6mm) sobre a superfície do mineral e o seu volume é diminuído sugando-se o líquido com uma seringa (Figura 4). Quando a linha divisória sólido/líquido começa a se mover, o ângulo tem que ser medido. Figura 4 - Ângulo de contato de retrocesso.
Procedimentos Experimentais Utilizando-se um goniômetro de contato: (a) Medir o ângulo formado pelo mineral (placa de quartzo, ouro, grafita e calcocita) e uma bolha de ar na presença de água pura (6<pH<8); (b) Medir o ângulo formado por quartzo, calcocita, ouro ou grafita na presença do coletor xantato. Materiais necessários:
- Placa de quartzo, grafita, ouro e calcocita;
- Água de pureza analítica;
- Reguladores de pH;
- Lixa para limpeza das placas antes e após medidas de ângulo de contato. AVALIAÇÃO P Redigir relatório da aula prática e dar resposta às duas questões abaixo:
- Por que o ângulo de contato do quartzo é muito menor do que o ângulo de contato da calcocita, ouro ou grafita? Em outras palavras, o que o mineral quartzo possui na sua superfície que as demais espécies não possuem?
- O que aconteceu com o ângulo de contato do quartzo, ouro, grafita e calcocita na presença do reagente amil xantato?
