As Operações Unitárias Sedimentação

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Nos processos industriais, que necessitam que as reações ocorram mais rapidamente são levadas em consideração algumas características: partículas esféricas, maiores em diâmetro e massa específica apresentarão maior velocidade terminal e decantação mais rápida, comparando com partículas não esféricas, de diâmetro e massa específica menores, esta propriedade é observado por meio da análise de velocidade terminal de uma partícula isolada.

Então, com o objetivo de acelerar o processo permitindo que as partículas possuam uma esfericidade e diâmetro maior, é aplicada a técnica de coagulação/floculação, que faz com que haja aglomeração da fase particulada.

A coagulação refere-se à aproximação das partículas através da neutralização das cargas negativas que há entre elas, ou seja, é a redução do potencial elétrico entre a superfície externa da camada compacta formada ao redor da partícula e o meio líquido em que está inserida, permitindo uma posterior aglutinação. Os coagulantes mais utilizados são Sulfato de Alumínio (Al2SO4)3 e o Cloreto Férrico (FeCl3). A adição deste insumo ocorre em um tanque dotado de agitação intensa para facilitar a mistura entre coagulante e partículas.

Após esta etapa, ocorre a floculação, em que as moléculas serão aglutinadas em um tanque agitado com agitação lenta, evitando assim que ocorra a eclosão das partículas já aglomeradas.

Além da coagulação/floculação, um processo de bastante aplicado na indústria é o de flotação.

FLOTAÇÃO

A flotação é uma técnica de separação de misturas que consiste na introdução de bolhas de ar a uma suspensão de partículas. Com isso, verifica-se que as partículas aderem às bolhas, formando uma espuma que pode ser removida da solução e separando seus componentes de maneira efetiva. O importante nesse processo é que ele representa exatamente o inverso daquele que deveria ocorrer espontaneamente: a sedimentação das partículas. A ocorrência do fenômeno se deve à tensão superficial do meio de dispersão e ao ângulo de contato formado entre as bolhas e as partículas.

Dentre os diversos fatores que afetam a flotação, podem ser destacados: a hidrofobicidade da partícula, a razão de tamanhos entre as bolhas de ar e as partículas, e o grau de turbulência na suspensão. Somam-se a esses fatores todos os processos que antecedem a flotação propriamente dita, ou seja, o condicionamento do meio. A hidrofobicidade (aversão à água) da partícula está relacionada à tendência que o material em suspensão tem em se aderir às bolhas de ar e, consequentemente, em ser removido do meio, em comparação à sua tendência em permanecer suspenso na fase líquida. A hidrofobicidade é mais importante quando o processo de flotação se dá por adesão/adsorção entre a partícula e a bolha de ar, e menos importante quando o mecanismo de flotação é por arraste ou por aprisionamento. Existe uma relação estreita entre os tamanhos das bolhas de gás e das partículas em suspensão e o grau de turbulência no meio. O tamanho das bolhas de gás deve ser tal que apenas algumas poucas bolhas sejam suficientes para tornar a densidade do floco inferior à densidade do meio. Ao mesmo tempo, bolhas muito grandes causam turbulência no meio, impedindo o seu contato com as partículas. De forma ideal, deve-se ter bolhas de gás com tamanhos semelhantes aos das partículas, que variam entre 10 e 200 micra. Quando o tamanho é inferior a 10 micra, a flotação é muito lenta e, devido à hidrodinâmica do líquido, o contato entre bolhas e partículas é bastante dificultado. Acima de 200 micra, as bolhas se tornam muito grandes, causando turbulência no meio.

Por ser um processo de separação físico-químico, a flotação envolve uma série de etapas distintas que devem ser realizadas em uma sequência específica. Cada etapa e sua ordenação no processo depende da aplicação em questão. Daí ser necessária a realização testes de tratabilidade. De forma geral, um processo de flotação pode envolver as etapas de condicionamento, ajuste de temperatura, introdução de ar (ou aeração), macrofloculação e separação de fases. A etapa de condicionamento consiste no "preparo" das partículas presentes no meio através de um ou mais processos químicos, com o objetivo de torná-las hidrófobas, hidrofílicas, ou então de precipitá-las e/ou aglomerá-las em pequenos flocos (microflocos), mais fáceis de serem separados do meio. Após o condicionamento, pode ser necessária uma etapa de aquecimento, utilizada para acelerar as reações de condicionamento, reduzir a viscosidade da fase líquida, e/ou evitar o desenvolvimento de infecção no meio. Em seguida, tem-se a etapa de aeração, onde é efetuada a adição de microbolhas de ar, que vão se unir às partículas a serem separadas do meio líquido, tornando-as menos densas do que a fase líquida e, portanto, propensas à flotação. Uma etapa complementar de macrofloculação é necessária quando a flotação se processa por aprisionamento. Nesse caso, as partículas (microflocos) são agrupadas com as bolhas de ar para a formação de grandes flocos (macroflocos) de densidade mais baixa, que assim flotam rapidamente. 2 A separação das fases é realizada em um tanque flotador, onde as partículas ou flocos menos densos que o líquido encontram condições favoráveis para se deslocarem em relação ao líquido, acumulando na superfície do equipamento sob a forma de uma densa espuma (lodo). A remoção dessa espuma é feita mecanicamente, e a fase líquida, isenta de partículas ou flocos, e removida do flotador.

A flotação das partículas em suspensão em um líquido pode ocorrer por um ou mais dos seguintes mecanismos: adesão/adsorção, arraste, ou aprisionamento.

Na flotação por adesão/adsorção, o contato entre as bolhas de ar e as partículas em suspensão ocorre através da atração físico-química entre ambas. Aqui, as superfícies das partículas apresentam propriedades naturais que favorecem, preferencialmente, a ligação destas com as bolhas de ar (hidrofobicidade), em detrimento ao contato com o líquido que compõe o meio. Isso faz com que as bolhas se liguem intimamente às partículas, formando aglomerados ar-partículas bastante estáveis, com densidade inferior à da suspensão. Neste caso, a estabilidade do processo depende da força de atração entre as bolhas e as partículas, podendo variar de acordo com as especificidades dos componentes. A flotação por arraste ocorre quando uma grande quantidade de bolhas de gás, ao se dirigir para a superfície do meio, arrasta consigo as partículas