O efeito do cloreto de polialumínio (PAC) sintetizado em laboratório, que foi preparado pelo método de titulação alcalina, sobre o desempenho de flotação do grafite foi estudado sistematicamente neste trabalho. Testes de flotação usando minério de grafite natural demonstraram que o PAC poderia aumentar o rendimento de flotação enquanto mantinha a qualidade do concentrado. Testes de flotação adicionais usando minerais mistos de grafite-kaolinite artificial demonstraram que a adição de PAC em torno de 30 mg/L pode melhorar a recuperação de grafite e a eficiência de separação, e não tem efeito negativo significativo na perda por ignição no concentrado. O possível mecanismo de melhoria do PAC na flotação de grafite, incluindo a captura de água, revestimento de lama e a ligação bolha-grafite, foi revelado por métodos de caracterização, como medições de potencial zeta, medição de refletância de feixe focado (FBRM), visão e medição de partículas (PVM), testes de carga de bolha única e medições de ângulo de contato. As medições de potencial zeta mostram que o PAC a 30 mg/L neutralizou a carga negativa na superfície da caulinita, enquanto o grafite estava carregado positivamente. Os resultados em tempo real do FBRM mostram que o comprimento médio do cordão das partículas de caulinita aumentou significativamente quando a concentração de PAC era de 30 mg/L e diminuiu a uma concentração de PAC de 90 mg/L, enquanto as partículas de grafite permaneceram em estado de dispersão. No entanto, os resultados do PVM indicaram que o revestimento de lama entre a superfície da caulinita e do grafite foi agravado quando o PAC estava a 30 mg/L e depois diminuiu a 90 mg/L. Os testes de carga de bolha única e as medições de ângulo de contato provaram que o PAC a 30 mg/L aumentou significativamente a probabilidade de ligação entre a bolha e as partículas de grafite. Enquanto isso, o ângulo de contato do grafite permaneceu estável sem redução significativa, mantendo efetivamente a hidrofobicidade da superfície do grafite e, em última análise, promovendo a recuperação da flotação do grafite. Este trabalho é esperado para fornecer compreensão teórica e suporte técnico para a flotação de grafite pela ajuste da concentração de PAC.

Como um recurso mineral não metálico estratégico na natureza, o grafite possui excelentes propriedades, como alta condutividade térmica, excelente lubrificação e notável estabilidade química. É amplamente utilizado em metalurgia, maquinário, aeroespacial e outros campos [1,2]. A aplicação do grafite na indústria é determinada pela sua morfologia cristalina [3]. O grafite natural pode ser grosso modo dividido em grafite cristalina e grafite criptocristalina de acordo com o grau de cristalização, origem geológica e propriedades. O grafite cristalino é geralmente dividido em grafite em bloco e grafite em flocos. O grafite em flocos possui hidrofobicidade inerente, conferindo-lhe superior flutuabilidade em comparação com outras variedades de grafite, classificando-se assim entre os minerais mais seletivamente separáveis. Através de processos de beneficiamento, seu teor de carbono fixo pode exceder 90%. Em contraste, o grafite criptocristalino exibe distribuição de tamanho de partículas não uniforme e composição complexa de impurezas, resultando em desafios significativos para a purificação [4].

O potencial econômico do minério de grafite depende principalmente da pureza do grafite [5]. As técnicas convencionais de processamento mineral para o enriquecimento de grafite incluem separação por gravidade, separação eletrostática, flotação e separação magnética [6]. Na flotação, o equilíbrio entre componentes hidrofílicos e hidrofóbicos nas superfícies minerais desempenha um papel crítico na eficiência da separação [7]. Devido à sua hidrofobicidade inerente e flutuabilidade natural, o grafite pode ser efetivamente separado de minerais de ganga comuns (por exemplo, feldspato, quartzo, mica e minerais de carbonato), que são predominantemente hidrofílicos. Consequentemente, a flotação por espuma tornou-se o método industrial padrão para a concentração primária de minério de grafite e continua sendo uma das técnicas mais eficientes e amplamente adotadas para a purificação do grafite [8]. Portanto, a flotação permite a separação eficaz do grafite dos minerais de ganga, alcançando assim uma purificação significativa.

Com a diminuição das leis de minério e a disseminação mineral cada vez mais complexa, a flotação direta se tornou mais desafiadora para a recuperação de minerais valiosos, necessitando de moagem fina para alcançar a liberação suficiente dos minerais-alvo [9]. No entanto, o processo de moagem fina tende a reduzir simultaneamente tanto os minerais valiosos quanto os minerais de ganga a partículas finas/ultrafinas. Entre esses minerais de grão fino, os minerais de ganga, devido ao seu pequeno tamanho de partícula e forte hidrofobicidade superficial, são altamente propensos ao aprisionamento mecânico no concentrado [10]. O aprisionamento mecânico refere-se ao processo não seletivo pelo qual partículas minerais suspensas na polpa são transportadas para cima pelo fluido até a espuma de flotação. Li et al. [11] demonstraram que a sericita exibe um comportamento de aprisionamento significativo na flotação de grafite, com seu grau de aprisionamento fortemente dependente do tamanho da partícula. Xu et al. [12] confirmaram ainda que os minerais de ganga nos concentrados de flotação de grafite se originam principalmente do aprisionamento mecânico. Além disso, minerais de ganga finos hidrofílicos podem recobrir as superfícies dos minerais valiosos, reduzindo sua hidrofobicidade e dificultando a adesão bolha-partícula, levando, em última análise, a uma menor recuperação de minerais valiosos [13].

A captura mecânica representa um desafio significativo na flotação de partículas minerais finas [14,15]. Pesquisas indicam que há uma forte dependência do tamanho no comportamento de captura de partículas [16,17]. Tipicamente, minerais de ganga ultrafinos são facilmente arrastados para a fase de espuma por forças fluidas. No entanto, sua baixa inércia impede que eles superem a resistência hidrodinâmica dentro da espuma, dificultando o escoamento de volta para a polpa e resultando em um severo carregamento de ganga. Para mitigar esse problema, pesquisadores de flotação propuseram o uso de aditivos poliméricos para induzir a agregação seletiva de minerais de ganga, suprimindo assim sua captura [18,19]. Por exemplo, Li et al. [20] propuseram que o uso de óxido de polietileno (PEO) poderia flocular seletivamente o quartzo, o que reduziu a captura de quartzo na flotação de hematita, melhorando assim a qualidade e a recuperação do concentrado final. Chen et al. [21] apontaram que o PAC pode agregar seletivamente a criolita, reduzir sua captura no processo de flotação e melhorar a eficiência de flotação do cátodo de carbono gasto (SCC). O método diminui marcadamente a captura de ganga na espuma enquanto melhora o comportamento de sedimentação dos agregados de ganga capturados.

PAC é amplamente utilizado na área de tratamento de águas residuais devido às suas vantagens de fácil solubilidade em água, ampla adaptabilidade ao valor de pH, rápida formação de flocos, baixo custo e uso simples [22,23]. Estudos anteriores demonstraram que o PAC, como floculante, pode flocular seletivamente minerais de ganga, reduzir a contaminação do concentrado e aumentar o grau do concentrado [24]. No entanto, o PAC aplicado nas pesquisas existentes é, na sua maioria, produto industrial, e sua composição não está clara. Neste trabalho, o PAC sintetizado em laboratório preparado pelo método de titulação alcalina foi utilizado pela primeira vez na flotação dos minerais artificiais de grafite-kaolinite mistos. As características estruturais do PAC foram caracterizadas usando colorimetria de complexação em tempo de Al-Ferron e espectroscopia de infravermelho por transformada de Fourier (FTIR). O comportamento de agregação seletiva da caulinita e seu efeito no desempenho da flotação de grafite foram sistematicamente investigados por meio de testes de flotação, análise de potencial zeta, FBRM, PVM, testes de carga de bolha única e medições de ângulo de contato. Foi constatado que, além de reduzir a retenção de água da caulinita, o PAC também poderia aumentar a probabilidade de adesão bolha-grafite e a recuperação de grafite. Além disso, o revestimento de lodo entre a caulinita e o grafite foi agravado quando a caulinita foi agregada pelo PAC, mas esse efeito negativo na flotação de grafite poderia ser compensado por outros efeitos positivos. Essas descobertas não apenas fornecem um novo caminho técnico para a separação eficiente de recursos de grafite, mas também oferecem uma nova perspectiva de pesquisa para o comportamento de floculação seletiva na flotação de minerais.

80 de grafite e caulinita são 48 μm e 14 μm, respectivamente. Grafite em flocos e caulinita foram misturados uniformemente na proporção de 4:1 para obter minerais mistos artificiais de grafite-caulinita. Querosene foi usado como coletor e álcool sec-octílico (AR, 99%, obtido de

A Fig. 6 demonstra os efeitos do PAC tanto no rendimento quanto na perda por ignição do concentrado de flotação usando minério de grafite natural sob diferentes dosagens de coletor e espumante (0 e 100 g/t versus 300 e 150 g/t). Como mostrado na Fig. 6(a), na ausência de coletor, o grupo controle (sem PAC) apresentou um rendimento de flotação de apenas 3,41 % com perda de concentrado por ignição de 66,97 %. Embora a adição de PAC a 30–50 mg/L tenha aumentado ligeiramente o rendimento, o rendimento geral permaneceu insatisfatório.

Os testes de flotação utilizando tanto minério natural quanto amostras misturadas artificialmente demonstraram que o PAC melhorou os principais indicadores, como rendimento de concentrado, recuperação de grafite e eficiência de separação. A análise do potencial zeta mostrou que o PAC exibiu efeito de floculação seletiva sobre a caulinita a uma concentração de 30 mg/L de PAC. Testes de FBRM e PVM mostraram ainda que 30 mg/L de PAC poderiam promover a agregação seletiva da caulinita, e a caulinita se anexaria à superfície do grafite na forma de flocos.