PT1419012E

PT1419012E - Composição de hidroxamato e método de flotação por espuma

Info

Publication number: PT1419012E
Application number: PT02748454T
Authority: PT
Inventors: Terence Charles Hughes
Original assignee: Ocean House Chemicals Ltd
Priority date: 2001-07-27
Filing date: 2002-07-25
Publication date: 2011-12-20
Also published as: CA2453678A1; AP2004002970A0; AP1693A; BR0211448A; NO20040341L; HUP0402001A3; EP1419012A4; ATE525136T1; RU2304025C2; HU228624B1; EP1419012B1; MXPA04000818A; WO2003011470A1; CA2453678C; ES2373097T3; AU2002318997B2; EP1419012A1; RU2004105851A; CN1311911C; US20040211933A1

Description

ΕΡ 1 419 012/ΡΤ

DESCRIÇÃO "Composição de hidroxamato e método de flotação por espuma" A presente invenção refere-se a um método de recolha de minerais por flotação por espuma utilizando hidroxamato.

Antecedentes

Os ácidos hidroxâmicos e os seus sais (daqui em diante referidos como hidroxamatos) são utilizados na recolha de minerais tais como pirocloro, moscovite, fosforite, hematite, pirolusite, rodonite, rodocrosite, crisocola, malaquite, bornite, calcite, ouro e outros metais preciosos. Os hidroxamatos são particularmente úteis na flotação por espuma de minerais de cobre, particularmente minerais de cobre oxidados.

Os hidroxamatos utilizados na recolha de minerais compreendem geralmente um grupo hidrocarbilo tal como um grupo arilo, um grupo alquilarilo ou um grupo alifático de cadeia gorda. Os hidroxamatos podem existir numa disposição complexa de formas devido a conjugação de ressonância tal como se segue: OR-C-NHOH -4-►

R

i

R

R —C =N-0* ο- Ι

R— C=N-OH A presença destas formas e as concentrações relativas podem depender do solvente, do pH e da presença de outros compostos tais como contra-iões. Além disso, se ocorrer uma rotação restrita em torno da ligação C-N, podem também existir os isómeros discretos E e Z.

2 ΕΡ 1 419 012/PT R Η

R

O-H

Ο-Η Isómero Ζ

Η Isómero Ε A estrutura dos ácidos hidroxâmicos em solução e o efeito do isomerismo sobre o desempenho na flotação por espuma não está compreendido.

Foram descritos processos para a preparação de hidroxamatos na forma ácida. Por exemplo, Rothenberg na Patente dos E.U.A. 6145667 descreve a preparação de ácidos hidroxâmicos como uma solução num óleo ou num álcool de cadeia gorda. 0 pedido internacional co-pendente da presente Requerente PCT/AU01/00920 descreve preparações de hidroxamatos de cadeia gorda na forma de um sal sólido tal como o sal de potássio ou sódio. 0 documento US 5126038 revela a flotação por espuma utilizando uma solução de álcool de cadeia longa de ácido alquil-hidroxâmico Cs a Cio que é adicionado a uma carga mineral que tem um pH ajustado. 0 artigo intitulado "Utilization of Hydroxamates in Minerais Froth Flotation" de Minerais Engineering, Vol. 9, N°. 1 pág. 103-114 refere-se à utilização de hidroxamatos, geralmente em flotação por espuma utilizando um ácido hidroxâmico. 0 documento US 4324654 revela que o octil-hidroxamato de potássio, aparentemente utilizado como sólido proporciona uma fraca recuperação de óxido de cobre a partir de minérios de óxido de cobre e que a combinação com arilxantato de potássio, também aparentemente adicionado como sólido, melhora a recuperação. A Requerente verificou que a utilização do hidroxamato num solvente orgânico ou em forma de ácido ou na forma seca 3 ΕΡ 1 419 012/ΡΤ reduz significativamente a actividade do hidroxamato na flotação por espuma, Crê-se que isto ocorre como resultado de uma porção substancial do ácido ou sal estar presente numa forma inactiva.

Sumário da Invenção A Requerente verificou agora que o hidroxamato é providenciado numa forma em que a actividade na flotação por espuma é substancialmente melhorada se o hidroxamato estiver na forma de uma mistura aquosa de pH de pelo menos 11. Assim, é proporcionado um método para a recolha de minerais por flotação por espuma tal como definido nas reivindicações apensas. 0 pH da composição de hidroxamato utilizada no método da invenção situa-se de preferência no intervalo de 11 a 13, com maior preferência de 11,5 a 13 e com muita preferência de 12,0 a 12,5. A Requerente verificou que a composição de hidroxamato pode conter hidroxilamina livre, de preferência não mais do que 1% da qual pode actuar de modo a estabilizar o reagente de flotação, e manter o seu desempenho durante pelo menos seis meses. Deste modo, a invenção proporciona um método tal como anteriormente definido, em que a composição de hidroxamato compreende hidroxilamina livre, de preferência numa quantidade de até 1% em peso.

Descrição de Concretizações Preferidas A composição de hidroxamato utilizada no método da invenção encontra-se na forma de uma mistura aquosa alcalina e pode ser uma solução aquosa, uma lama ou pasta viscosa. De preferência, a concentração do hidroxamato situa-se no intervalo de 1 a 60% em peso da mistura aquosa e de preferência entre 5 e 50% e com maior preferência entre 5 e 30%. A composição de hidroxamato é essencialmente livre de solventes insolúveis em água tais como álcoois gordos. As composições podem compreender uma pequena quantidade de impureza de ácido gordo, mas a quantidade é de preferência 4

ΕΡ 1 419 012/PT inferior a 5% em peso do hidroxamato e de preferência não mais do que 2% em peso. A composição de hidroxamato pode compreender uma pequena quantidade, de preferência não mais do que 3% em peso de um agente anti-espuma tal como metanol ou etanol. Esse agente anti-espuma pode ser utilizado para reduzir a formação de espuma durante a preparação do hidroxamato, tal como revelado no Pedido Internacional PCT/AU01/00920. 0 hidroxamato na composição utilizada no método da invenção é um hidroxamato de cadeia gorda e tipicamente a porção gorda tem um comprimento da cadeia de carbono no intervalo de 6 a 14 átomos de carbono, de preferência de 8 a 12 átomos de carbono e com muita preferência, Ce, Cio ou uma mistura destes. A Requerente verificou que uma cadeia de carbono gorda Ce proporciona o melhor desempenho de flotação na composição da invenção. 0 reagente à base de Ce tem uma boa solubilidade em água mas é menos eficaz. O reagente à base de C12 é também menos eficaz na flotação por espuma mas pode ser útil em determinadas circunstâncias.

Os ácidos gordos Cs/Cio adequados ou os seus derivados para utilização na preparação da porção alquilo gorda preferida do hidroxamato podem ser obtidos a partir de óleo de coco e óleo de palmiste fraccionado.

Podem também ser obtidos ácidos monocarboxilicos alifáticos de cadeia curta a partir da indústria do petróleo, e.g. ácido 3,5,5-trimetil-hexanóico. A composição gorda de hidroxamato utilizada no método da invenção, de preferência tem um pH de 11 a 13 e de preferência 11,5 a 13 e com muita preferência 12,0 a 12,5. A esse pH, o hidroxamato estará presente na forma de sal. 0 contra-ião presente no sal é um metal alcalino, seleccionado de entre sódio, potássio ou uma mistura de sódio e potássio. O potássio é o contra-ião mais preferido. 5

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De preferência o contra-ião está presente em excesso. Pode por exemplo ser providenciado por adição de uma base de metal alcalino seleccionada de entre hidróxido de potássio, hidróxido de sódio ou uma mistura destes.

Crê-se que o pH elevado (particularmente quando o hidroxamato é o sal de potássio de um alquil-hidroxamato de cadeia gorda C6-C12) facilita a formação de uma forma mais activa do hidroxamato. Crê-se que a forma mais activa é a forma cis-enol do anião hidroxamato que pode ser representada pela fórmula: R.

MO

iN

V

H em que M é o ião metálico tal como sódio ou potássio e R é hidrocarbonilo particularmente alquilo de cadeia gorda Ce a C14. A pasta aquosa do hidroxamato de cadeia gorda de metal alcalino de pH 11,5 a 13 é mais activa do que o hidroxamato de cadeia gorda sólido. Quando o hidroxamato de metal alcalino é evaporado até à secura incipiente parece formar um agregado entre ácido hidroxâmico resultando num teor em metal alcalino que é quase metade do valor esperado. Pode dar-se o caso de o produto em pasta seco ou concentrado formar um agregado de fórmula

R A actividade de flotação por espuma deste sal sólido pode geralmente ser restaurada por adição de hidróxido de metal alcalino para proporcionar um pH de 11,5 e de preferência 12-12,5. 6 ΕΡ 1 419 012/ΡΤ Ο método da invenção pode ser utilizado na flotação por espuma de óxidos ou carbonatos metálicos tais como cassiterite, cuprite, crisocola, cerussite, smithsonite, atacamite, malaquite, wolframite e scheelite. 0 método da invenção pode ser utilizado com outros colectores de metais tais como xantatos, organotiofosfatos ou tionocarbonatos. 0 método da invenção pode também ser utilizado na recuperação de cobre metálico, prata, ouro e de metais do grupo da platina por flotação por espuma. Quando utilizado em conjunto na flotação com um colector de sulfureto resulta uma interacção sinergistica na recuperação rápida melhorada devido a recolha de ambos o sulfureto e os minerais óxido em simultâneo. A composição do método da invenção pode também compreender ou ser utilizada com um dialquilditiocarbamato. Tal como descrito no pedido de patente provisória Australiano co-pendente da presente Requerente, apresentado em 27 de Maio de 2002, a Requerente verificou que os dialquilditiocarbamatos melhoram a eficiência da recuperação de minerais em minérios altamente oxidados. A composição utilizada no método da invenção pode ser formulada como uma pasta concentrada tal como uma pasta para transporte. Essa pasta pode compreender 30 a 50% em peso de hidroxamato de metal alcalino e 50 a 70% de água e opcionalmente outros componentes. Esse concentrado pode ser utilizado na flotação por espuma mas pode ser diluído antes da utilização por adição, por exemplo, de um alcali diluído tal como hidróxido de metal alcalino (e.g. KOH 0,5%). É preferido que a pasta de hidroxamato seja diluída para dissolver essencialmente o hidroxamato, opcionalmente com aquecimento suave (por exemplo para 30 a 50°C). A composição diluída para adição à célula de flotação pode compreender 1 a 30%, de preferência 1 a 15% em peso de hidroxamato de metal alcalino. 0 hidroxamato é de preferência diluído com hidróxidos de metal alcalino e misturado durante, de preferência, 15 a 30 minutos antes de ser adicionado à célula de flotação. O hidroxamato, solução de metal alcalino deve, de preferência, ser preparado de fresco a cada dia se expedido na forma de pasta aquosa ou na forma sólida. 7

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Numa concretização preferida a invenção proporciona um método para flotação por espuma de minerais de minérios que compreende: (i) a formação de uma pasta aquosa do minério; (ii) opcionalmente, o ajustamento do pH da pasta; (iii) a adição à pasta de uma composição aquosa de hidroxamato de cadeia qorda de pH de pelo menos 11, como descrito anteriormente; (iv) de preferência, a aqitação da pasta para misturar e condicionar o hidroxamato de cadeia gorda e a pasta de minério (pode ser adicionado um reagente de flotação de sulfureto se se pretender remover os sulfuretos em conjunto com os minerais oxidados); (v) a adição de um agente de espuma à pasta; (vi) a agitação da pasta para formar uma espuma contendo os minerais separados por flotação; e (vii) a remoção da espuma e recolha dos minerais separados por flotação na presença do hidroxamato. A concentração de hidroxamato, tal como avaliada pelo método UV-visível, situa-se tipicamente no intervalo de 10-1000 mg por litro dependendo do grau e quantidade de minério e dos minerais de interesse. Em termos da quantidade de minério a quantidade de reagente hidroxamato situa-se geralmente no intervalo de 0,1 a 500 g/tonelada. A Requerente verificou que a eficiência do reagente hidroxamato na recuperação de metais em partículas pelo método de flotação é dependente do pH. A recuperação de cobre e de muitos outros metais é melhorada quando o pH do licor de flotação se situa na vizinhança de, ou em torno do pKa do ácido de Bronstead que é o ácido hidroxâmico de cadeia gorda. O pH de trabalho pode ser mais elevado do que o pKa (ca. 9) . A recuperação de cobre utilizando hidroxamato é significativamente melhorada quando o pH da pasta de minério 8 ΕΡ 1 419 012/ΡΤ é de pelo menos cerca de 8,5 e com maior preferência de 8,5 a 13, com muita preferência 10 a 13. A composição de hidroxamato do método da invenção revelou também ser um colector eficaz a um pH bem abaixo daquele do seu pKa. Por exemplo, recupera cassiterite de estanho (SnCb) a pH óptimo entre 4 e 5. Neste caso, o reagente pode ter uma solubilidade ligeiramente inferior, no entanto, de acordo com a nossa análise estrutural a funcionalidade do reagente deve continuar a ser acessível no modo quelante reactivo. É possível que o potencial zeta do mineral de estanho (~4,5) induza o processo de adsorção de hidroxamato a uma maior velocidade a pH mais baixo. Uma vez que o reagente hidroxamato tem uma solubilidade limitada a pH 4-5 não é capaz de formar o agregado reactivo como ocorreu a pH mais elevado no caso da recuperação de cobre. Verifica-se que com um aumento de temperatura de 2 0 para 30°C se dá um melhoramento significativo no processo de recuperação de estanho que pode ser contrabalançado em parte por aumento do teor C-6 mais solúvel de hidroxamato. Geralmente, o aumento de temperatura aumenta o grau e a recuperação do processo de flotação. O reagente hidroxamato é adsorvido sobre a superfície do mineral oxidado na célula de flotação, muito rapidamente (no espaço de milissegundos) e a composição do método da invenção proporciona um excelente desempenho de flotação presumivelmente porque o reagente está presente na forma activa de cis-enolato. A presença de éster de metilo não reagido ou de produtos de ácido gordo hidrolisado é nefasta para o desempenho de flotação em termos de especificidade e rendimento da flotação. Foi notado que ozono ou peróxido de hidrogénio são adições ideais para a célula de flotação antes da adição da solução de hidroxamato. Na prática, o 03 é muito útil como agente oxidante rápido e potente para assegurar que fases minerais particulares são oxidadas selectivamente sem deixar nenhuns catiões ou aniões adicionados à pasta. A composição de hidroxamato utilizada no método da invenção pode ser preparada por aumento do pH dos 9

ΕΡ 1 419 012/PT hidroxamatos preparados por processos conhecidos na técnica. Por exemplo, numa concretização um derivado de ácido gordo tal como um alquilo inferior (e.g. éster de metilo ou etilo de um ácido gordo C6 a C14 é reagido com hidroxilamina em solução aquosa. A hidroxilamina pode ser formulada in situ a partir de sais de hidroxilamina na presença de uma solução aquosa alcalina que é tipicamente uma solução aquosa de hidróxido de metal alcalino.

Numa concretização preferida, a hidroxilamina é preparada a uma concentração de 10 a 30% p/v por reacção entre hidróxido de metal alcalino e sulfato de hidroxilamónio. É preferido que a reacção seja conduzida em solução aquosa e que a quantidade de água seja controlada para providenciar uma concentração de produto no intervalo entre 30 e 50% p/v. A mistura de reacção é essencialmente livre de solventes insolúveis em água e de preferência livre de tensioactivos. 0 reagente éster de ácido gordo utilizado para formar o hidroxamato é imiscivel em água apesar de se ter constatado que reage com a hidroxilamina em solução aquosa e durante o processo da reacção as fases aquosa e éster de ácido gordo unem-se, possivelmente devido às caracteristicas emulsionantes do hidroxamato inicialmente formado. O pH da composição é ajustado por adição de um alcali tal como hidróxido de metal alcalino para proporcionar um pH de preferência de pelo menos 11 e de preferência de 12 a 12,5.

Se o hidroxamato de cadeia gorda de metal alcalino for preparado como um sólido seco, a Requerente constatou, como discutido acima, que a actividade é perdida presumivelmente pela formação da forma inactiva. A actividade pode ser providenciada de acordo com a invenção por adição de alcali aquoso, particularmente hidróxido de potássio ou sódio para proporcionar uma mistura aquosa do sólido de pH de pelo menos 11. A invenção será agora descrita com referência aos exemplos que se seguem. Deverá ser entendido que os exemplos são providenciados a titulo de ilustração da invenção e que de forma alguma limitam o âmbito da invenção. 10

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Exemplos

Quando referida nos Exemplos, a medição de pH foi realizada utilizando um eléctrodo de vidro combinado. A marca especifica utilizada foi ORION modelo 42, um sistema de medição de pH que utiliza um eléctrodo de vidro combinado tipo 9107. Podem igualmente ser utilizados eléctrodos de vidro combinados de outras marcas na determinação do pH.

Exemplo 1

Parte (a)

Este exemplo demonstra a preparação de uma composição que contém um sal de potássio de alquil(Cs/Cio)hidroxamato sem isolamento do sal sólido. 0 sulfato de hidroxilamina reage com hidróxido de potássio para produzir a base livre de hidroxilamina numa concentração de 15-16% em peso. 0 sulfato de potássio formado como produto secundário é removido por filtração. A base livre de hidroxilamina é então adicionada e misturada continuamente com o éster de metilo de ácidos gordos fraccionados Cs/Cio derivados de óleo de coco ou de palma, mantendo a temperatura abaixo de 40-45°C. Um excesso da base livre de hidroxilamina (aproximadamente um excesso de 1,25 molar) é utilizado para conduzir a reacção até se completar.

Um pequeno excesso estequiométrico de hidróxido de potássio é adicionado para formar o hidroxamato (de cadeia gorda C8/Cio) de potássio como uma pasta a 45% p/v com um pH de cerca de 12 a 12,5.

Parte (b)

Esta parte demonstra a preparação de um sal de potássio sólido de derivados hidroxamato Cs/Cio de óleo de coco e a sua utilização na preparação de composições de hidroxamato utilizadas no método da invenção. 11

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Gerou-se um reagente hidroxilamina 7-8% livre seguindo um procedimento semelhante ao do Exemplo 1. Fez-se reagir de imediato com triglicérido de óleo de coco (22,5 g, valor de saponificação 279, 0,112 moles equivalentes de glicérido) a 45°C, sob agitação. Após um período de agitação de 12 horas o material branco cremoso foi transferido para uma taça de pyrex e foi exposto ao ar para permitir ao solvente a evaporação gradual até à secura. O produto em pasta branco resultante foi submetido a lavagem com metanol frio para remover o glicerol e outros materiais orgânicos. O espectro de FTIR do pó branco seco (18 g) revelou uma banda de absorção semelhante à do sal de potássio do derivado hidroxamato C8/Ci0 preparado no Exemplo 1 de PCT AU01/00920. A composição de hidroxamato de cadeia gorda pode ser preparada por dispersão do hidroxamato sólido em solução quente de hidróxido de potássio a 1% e de preferência por agitação durante pelo menos 15 minutos.

Exemplo 2

Formulação de Produção

Preparou-se um lote de duas (2) toneladas de hidroxamato utilizando um reactor de 1000 L de capacidade e os passos seguintes: 150 kg de água foram colocados no reactor de vidro de 1000 L. 175 kg de (NH30H)2S04 foram adicionados e a mistura foi iniciada. 245 kg de KOH a 49% são adicionados manualmente ao reactor a uma velocidade tal que a temperatura do reactor nunca excede 35°C. A adição cáustica acima foi continuada durante um período de 6-8 horas. A pasta de hidroxilamina foi descarregada do reactor através de uma válvula de fundo. 12

ΕΡ 1 419 012/PT A solução de hidroxilamina é separada da pasta de K2SO4 utilizando um saco de filtração sob sucção.

Recuperam-se 317,6 kg de solução de NH20H por filtração, sendo o teor medido de NH20H de 15,75%. A solução da base livre de NH2OH resultante do passo acima é tomada de novo no reactor de 1000 L para iniciar a reacção do hidroxamato.

Adicionam-se 203 kg de éster de metilo à solução de hidroxilamina.

Introduzem-se gradualmente 74 kg de flocos de KOH a 92% no reactor com observação para controlar a temperatura do reactor.

Quando a potassa cáustica a 50% é introduzida começa-se a produzir um produto branco espumoso dentro do reactor. A temperatura do reactor após a adição cáustica a 50% aumentou para cerca de 42°C.

Quando estavam completados 2/3 da adição de KOH a temperatura subiu mais para 48°C.

Depois da adição do KOH remanescente no período de 7 horas, a temperatura do reactor permaneceu estável em 50°C. O material produto de hidroxamato espumoso branco brilhante ocupa quase totalmente o espaço do reactor.

Exemplo 2a

Este exemplo demonstra a influência de (a) do pH de uma solução aquosa de alquil-hidroxamato de cadeia gorda de potássio e (b) o pH da célula de flotação sobre a recuperação de cobre. 13

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Minério de Cobre O minério de cobre foi preparado para a célula de flotação com a composição de minério apresentada na seguinte tabela 1:

Tabela 1

Matéria-prima e Teor em Metal Minério de Cu oxidado Cu 0,8% (North Parkes, NSW) Au 0,9 ppm

Amostras de 1 kg da matéria-prima mineral foram trituradas para um tamanho de partículas com 80% das partículas menores do que 75 pm e foram submetidas a métodos de flotação padrão numa célula de flotação laboratorial de 2 litros.

Hidroxamato de cadeia gorda 0 hidroxamato de cadeia gorda foi preparado de acordo com o método do Exemplo 2 após ajustamento do pH para o apresentado na Tabela 1.

Foram preparadas cinco amostras do hidroxamato e dissolveram-se em água quente e o pH foi ajustado com a adição de KOH aquoso quando necessário. A célula de flotação foi preparada empastando o minério triturado e ajustando o pH da célula de flotação com KOH aquoso.

Os ensaios apresentados na tabela abaixo foram realizados utilizando metilisobutilcarbinol como agente de flotação (até 10 g/tonelada). A composição do concentrado de espuma sob as condições de pH e dosagem de hidroxamato apresentadas na tabela estão também listadas 14

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Tabela 2 - Resultados de flotação utilizando Minério de Cobre oxidado de cadeia gorda de North Parkes Mine, NSW.

Ensaio N ° pH da Célula de Flotação pH da composição de hidroxamato Hidroxamato total (g de sal hidroxamato por tonelada de minério Produto de Flotação grau de Cu Produto de Flotação Recuperação de Cu Produto de Flotação grau de Au (ppm) Produto de Flotação Recuperação de Au (ppm) 1 7,5 8,5 230 9,8% 39,1% 5,5 27,5 2 8,5 8,5 230 12,5% 49,2% 7,5 33,5 3 9,5 10,2 150 17,4% 61,0% 8,5 42,5 4 10,1 11,1 100 29,2% 64,2% 10,5 55,5 5 11,5 11,1 8 Og 37,5% 65,3% 12,0 60,0

Observa-se uma melhoria significativa na recuperação e grau de flotação quando o hidroxamato é adicionado à célula de flotação como uma solução aquosa de pH superior a 11.

Exemplo 3

Este exemplo examina a estabilidade em armazenagem do hidroxamato de cadeia gorda do Exemplo 1. Verificou-se que a estabilidade em armazenagem de uma composição de hidroxamato do Exemplo 1 durante um período de quatro meses é significativamente melhorada pela presença de cerca de 0,3 a 0, 6% em peso de hidroxilamina com base no peso da composição aquosa.

Exemplo 4

Crê-se que a composição de alquil-hidroxamato de cadeia gorda de potássio existe com o hidroxamato predominantemente no tipo cis-enolato de forma isomérica geométrica estabilizada por ressonância como mostrado abaixo.

Estudos de 13C RMN indicam que por protonação do reagente hidroxamato de cadeia gorda de potássio, o carbono do carbonilo do hidroxamato se desvia 2 ppm para campo mais baixo (172 ppm para 174 ppm) . Apesar disto dar informação acerca da carga negativa localizada sobre a funcionalidade hidroxamato, não proporciona evidência sobre que isómeros estruturais existem na mistura. 15

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Para compreender o equilíbrio estrutural isomérico foi escolhido ácido suberohidroxâmico como composto modelo. É uma molécula de ácido di-hidroxâmico que contém 8 átomos de carbono e devido à simetria, o espectro de RMN é ao mesmo tempo simplificado e incrementado para a porção hidroxamato. A RMN do protão do composto quando realizada no solvente DMS0-d6 mostra claramente as duas estruturas isoméricas na mistura. Os protões da porção -NHOH de ácido hidroxâmico proporcionam uma forte evidência da existência de duas formas isoméricas. Em comparação com os dados da literatura sobre a RMN do protão de ácido acetohidroxâmico (CH3C0NH0H) parece evidente que os sinais nos campos extremamente baixos 10,93 e 10,31 ppm respectivamente são devidos a protões N-H do isómero cis e trans.

Ácido subero-hidroxâmico (Simetria C2)

Repartição do Espectro anexo Protões Desvio Químico (δ ppm) αα1 2,5 ( t, Jh,h = 8 HZ) ββ1 2,02 (m) γγ1 1,78 (m) cis N-H 10, 93 (s) trans N-H 10,31 (s) cis O-H 9,25 (s) trans O-H 9, 60 (s) 16 ΕΡ 1 419 012/ΡΤ A seguir aos sinais do protão de N-H existem dois sinais a 9,60 e 9,25 ppm que são atribuídos ao protão de -OH distribuídos pelas formas geométricas trans e cis. A medição da intensidade do protão indica que a razão cis:trans é 9:1.

O

H (9.25)

H (10.93) cis

Exemplo 5

Os sais hidroxamato de cadeia gorda são representados frequentemente como sais de ácido hidroxâmico resultantes da desprotonação com uma base forte. A estrutura dos sais hidroxamato de cadeia gorda nunca foi bem caracterizada por ferramentas analíticas modernas, para além de alguma representação de ressonância putativa como mostrado no Esquema 1. 17 ΕΡ 1 419 012/ΡΤ

Esquema 1

A desprotonação do sitio -OH conduz à estrutura II que não pode ser estabilizada por ressonância, apesar disto poder ocorrer por meio da desprotonação do sitio NH que conduz à estrutura Illa e Illb. A estrutura II pode ser denominada hidroxamato enquanto Illb tem uma grande similaridade com uma estrutura oxima e portanto pode ser considerada como hidroximato. Não é conhecido se a estrutura II e III são espécies interconvertiveis e se têm algum efeito sobre o modo de ligação com metal, apesar da estabilização de ressonância que pode ocorrer com Illa e Illb conduzindo ao ião hidroxamato se ajustar ao modelo de dimero proposto (teor de 50% de K) ao contrário desta estrutura II.

As estruturas do hidroxamato de cadeia gorda na composição foram estudadas por espectroscopia de infravermelhos com transformada de Fourier (FTIR), espectrometria de massa com ionização por electrospray (ESMS), análise termogravimétrica (TGA), ressonância magnética nuclear (RMN), e análise elementar e foi realizada a correlação da sua actividade em relação aos resultados de desempenho de flotação. 18

ΕΡ 1 419 Ο12/PT Ο produto do Exemplo 1 é analisado por ATR-FTIR para verificar a existência do grupo funcional no produto. A caracteristica importante é encontrada no espectro no qual o sinal do éster de metilo de carbonilo a 1740 citT1 é totalmente substituído pelo sinal muito intenso a 1626 cnT1 acompanhado por dois outros sinais distintivos que aparecem na região de 1550 e 3212 cm-1. Em comparação com o espectro do sal de hexil-, octil-, decil- e dodecil-hidroxamato de potássio preparado pelo procedimento de síntese que envolve cloridrato de hidroxilamina, hidróxido de potássio e éster de metilo em metanol anidro, o produto hidroxamato mostra uma grande similaridade nos resultados de FTIR tal como sumarizado na tabela 3.

Tabela 3 - Resultados de FTIR seleccionados de vários alquil-hidroxamatos e sua Comparação com o reagente hidroxamato

Sal Hidroxamato na forma de potássio Procedimento de amostragem Sinais de FTIR (cm x) Hexil-hidroxamato Em KBr 3213, 1631, 1552 Octil-hidroxamato Em KBr 3213, 1626, 1555 Decil-hidroxamato Em KBr 3214, 1626, 1555 Dodecil-hidroxamato Em KBr 3212, 1626, 1563 Reagente Hidroxamato (em forma de pasta) Por ATR-FTIR 3213, 1627, 1554 Reagente Hidroxamato (em forma sólida) Em KBR 3215, 1623, 1557

Por acidificação controlada, o produto ácido hidroxâmico torna-se menos solúvel em água mas muito solúvel em meios orgânicos como álcoois e hidrocarbonetos. Revela características de sinais por FTIR (em estado sólido) em que é encontrado um sinal adicional intenso a 1660 cm-1. O sinal aparece originalmente a 3213 cm-1 e sofreu agora um desvio de mais de 40 cm-1 para a região de frequência mais elevada. A comparação dos resultados de FTIR entre o sal hidroxamato e o produto acidificado correspondente está sumarizada na Tabela 4. 19

ΕΡ 1 419 012/PT

Tabela 4 - Comparação dos resultados de FTIR data entre o sal hidroxamato e o seu produto acidificado

Sal Hidroxamato e o seu produto acidificado Procedimento de amostragem Sinais de FTIR (cm Hexil-hidroxamato Em KBr 3213, - 1631 1552 Produto acidificado Em KBr 3258, 1665 1629 1565 Octil-hidroxamato Em KBr 3213, - 1626 1555 Produto acidificado Em KBr 3260, 1665 1626 1566 Decil-hidroxamato Em KBr 3214, - 1626 1555 Produto acidificado Em KBr 3258, 1664 1623 1567 Dodecil-hidroxamato Em KBr 3215, - 1623 1557 Produto acidificado Em KBr 3257, 1664 1623 1567 Reagente Hidroxamato Por ATR-FTIR 3213, - 1627 1554 Produto acidificado ART -FTIR 3258, 1662 1620 1567

As caracteristicas espectrais de FTIR revelam que o produto é de facto distribuído em duas formas isoméricas, designadamente as formas ceto e enol, e a sua proporção pode ser grandemente influenciada pelo comprimento da cadeia de carbono, pH do meio, assim como pelo potencial zeta das partículas do mineral. Para a forma ceto contribui principalmente o ácido hidroxâmico de cadeia gorda não conjugado em que o grupo carbonilo absorve a frequência mais elevada (1660 cm-1) do que o isómero enol tal como ilustrado no Esquema 2. 20

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Esquema 2 AM2/Sal hidroxamato

Forma ceto Forma enol O ácido hidroxâmico de cadeia gorda pode também tomar a forma de enol conjugado por deslocalização do par de electrões desemparelhado do azoto através da ligação π do carbonilo que provoca um desvio da absorção do carbonilo para energia mais baixa (1626 cm-1) . Enquanto na forma enol pode existir em ambas as formas geométricas cis e trans. Na forma ceto de ácido hidroxâmico, a ligação do grupo -OH a azoto aparece na região de frequência mais elevada (3258 cnT1) . À medida que a conjugação do sistema é aumentada desvia a frequência da vibração de -OH para uma energia mais baixa tal como é encontrada no espectro do sal hidroxamato ou do hidroxamato (3215 cnT1) devido à probabilidade de ligação intramolecular de H pela formação preferencial do isómero cis. Um arranjo electrónico semelhante pode provocar a disseminação da deformação angular de N-H através da região entre 1550-1565 cm-1.

Na composição do Exemplo 1, a forma enol domina devido a abstração do protão por KOH já presente na formulação. 0 FTIR suporta portanto a evidência que retrata o sal hidroxamato como existindo de preferência na forma enol na composição utilizada no método da invenção. Por outras palavras, o sal hidroxamato estruturalmente assemelha-se mais a um hidroximato do que a um hidroxamato de acordo com a hipótese levantada no Esquema 1. 21

ΕΡ 1 419 012/PT A análise por RMN do produto do Exemplo 1 revela informação estrutural que complementa em geral as observações efectuadas por FTIR. 0 FTIR proporciona principalmente informação acerca do grupo funcional, enquanto a RMN examina a estrutura molecular completa, incluindo a estrutura de carbono. 0 espectro de RMN é realizado em fase liquida de preferência num meio de solvente prótico, simulando a sua utilização prática numa aplicação de flotação. Um sistema solvente que compreende D2O/CD3OD é considerado como sendo uma combinação de ajustamento adequado para receber resultados da RMN de protão e carbono de hidroxamato de cadeia gorda de potássio. A comparação do espectro de RMN do protão e de carbono com o espectro modelo de octil-hidroxamato revela muitas caracteristicas semelhantes em termos de desvios químicos do protão e de carbono. Na RMN do protão existem distintamente 4 conjuntos de sinais que surgem na região de 2,79, 2,33, 2,0 e 1,63 ppm como um tripleto, quinteto, multipleto largo seguido por um segundo tripleto atribuído a protões da cadeia de carbono gorda linear. 0 sinal tripleto centrado em 2,79 ppm é atribuído ao sinal do α-protão adjacente à porção carbonilo. Quando o pH da solução de RMN é diminuído desde a região alcalina para a região ácida, o sinal do protão a 2,79 ppm é desviado para 0,2 ppm para campo baixo. No espectro de carbono, este tratamento ácido provoca um desvio do sinal do carbono de carbonilo de 172 para 174 ppm, o que é um desvio de 2 ppm para campo mais baixo. Esta característica espectral de RMN é indicativa do facto do hidroxamato ter uma forma carregada negativamente possivelmente como forma hidroxamato. Com a realização do espectro de RMN em meio prótico, seja em condições ácidas ou alcalinas, parece existir sempre um isómero dominante na mistura. À luz da informação da literatura baseada na RMN, estrutura cristalina por raios-X e cálculos de orbitais moleculares desde o início na análise da molécula de ácido hidroxâmico inferior, parece que o hidroxamato em solvente prótico tem o tipo de estrutura de hidroxamato com preferência pelo isómero cis que é energeticamente estável por ligações de hidrogénio com uma molécula de água como mostrado em 22 ΕΡ 1 419 012/ΡΤ

Figura 1

Figura 1: Hidroxamato em forma hidratada A análise por espectroscopia de massa com ionização por electrospray do hidroxamato e sal de alquil-hidroxamato relacionado, quando realizada em modo negativo mostra um pico de ião negativo intenso que corresponde ao pico de massa (m/z) devido ao ião [RCONOH]”. A Tabela 3 sumariza o pico de massa importante que suporta fortemente o facto do hidroxamato como um sal ser energeticamente estável e mostra dois sinais de massa intensos a 158 e 186, que correspondem bem com composições constituídas por estruturas de hidroxamato Ce e Cio. Os picos de massa na amostra de hidroxamato são ainda verificados realizando o espectro de sais hidroxamato Ce e Cio puros de maneira idêntica.

Tabela 5 - Caracterização por espectro de massa com ionização por electrospray de sais hidroxamato e do reagente hidroxamato realizada em modo de ião negativo

Exemplo 1 Sal hidroxamato ES'

Pico de massa (m/z) corresponde a ião [RCONOH] 23

ΕΡ 1 419 012/PT

Hidroxamato/ Sal Hidroxamato Pico Abundante (m/z) Corresponde a Massa Hidroxamato Cs/Cio 158 [C7H15CONOH] " (C8) 186 [C9H19CONOH] " CIO) Octil-hidroxamato 158 [C7H15CONOH] " Decil-hidroxamato 186 [C9H19CONOH] ' À luz da evidência espectroscópica relatada, o hidroxamato na composição existe parcialmente na forma de estrutura de enolato ou hidroxamato e como tal assemelha-se ao intermediário postulado na reacção de rearranjo de Hofmann. O rearranjo de Hofmann converte uma amida numa amina com um número de carbonos inferior em uma unidade por meio da formação de isocianato e da sua subsequente hidrólise. Quando aquecido acima de 120°C, o produto hidroxamato sofre uma decomposição rápida. Isto foi mostrado por técnicas de análise termogravimétrica (TGA) e de calorimetria de varrimento diferencial (DSC). A análise do produto de decomposição por espectroscopia de massa indica que é uma mistura de aminas principalmente de composição heptilo e nonilo. Uma fragmentação térmica semelhante é também exibida pelo sal octil- e decil-hidroxamato e estes resultados são fortemente indicativos de que o hidroxamato numa certa extensão tem similaridade estrutural como intermediário de Hofmann como ilustrado no Esquema 3.

Quando o produto hidroxamato é solidificado por evaporação lenta de humidade revela uma grande afinidade para formar um agregado entre ácido hidroxâmico e o sal de potássio correspondente. O ensaio do teor de potássio no sal de hexil-, octil-, decil- e dodecil- hidroxamato (como mostrado pelo ensaio por ICP é apresentado na Tabela 6) e mostra que o nivel de potássio em todos estes sais é quase 50% inferior ao valor esperado. Este ensaio de análise elementar indica que no estado sólido ou na forma de pasta existe muito provavelmente como um agregado entre sal e ácido assistido por ligações intermoleculares de hidrogénio uma vez que apresenta associação por uma estrutura de tipo cíclico na Figura 2. 24

ΕΡ 1 419 Ο12/PT A agregação entre as formas de sal e ácida do hidroxamato é ainda evidenciada a partir da análise do teor de C, H e N realizada ao composto octil-hidroxamato de potássio. A percentagem teórica de C, H e N com base na composição C7H15CONOHK espera-se ser de 48,13%, 8,18% e 7,1% respectivamente. No entanto, o resultado observado com base na análise de combustão dá o valor de 55,15%, 10,43% e 7,83% para C, H e N, o que está de acordo com uma composição que compreenda as formas de sal e ácido numa proporção 50:50.

Esquema 3

R /~Χ N θ— OH

O

Intermediário AM2 (R = alquilo C7/C9) do tipo Hofmann >120°

C ▼ h2o R-N-C=0 -► RNH2 -C02

Isocianato

Tabela 6 - Nivel de potássio em sais hidroxamato avaliado pelo método ICP-OES

Sal Hidroxamato Teor em K (%) Medido Esperado Hexil-hidroxamato de potássio 11,2 23, 1 Octil-hidroxamato de potássio 10,2 19, 8 Decil-hidroxamato de potássio 8,3 17,4 Dodecil- hidroxamato de potássio 8, 6 15, 4 Reagente Hidroxamato (forma sólida) 9,2 19, 0 0 agregado pode ser de natureza polimérica por meio de uma extensa rede de ligações de H.

HO ΝΗ

Η "" / Ο = \

R

Figura 2: Estrutura cíclica de associação entre a forma ácida e de sal À luz dos dados de caracterização acima, parece que o hidroxamato tem uma identidade estrutural como se segue: • É formado como um sal de potássio de ácido hidroxâmico gordo que compreende uma cadeia de carbono gorda principalmente de composição em C8 e Ci0. • 0 sal é termicamente estável ao ar até cerca de 120°C e mostra um padrão de decomposição tal como um intermediário de Hofmann. • A forma de sal mostra preferência para se adaptar ao tipo de estrutura de enolato e como tal assemelha-se a uma oxima. • O sal por acidificação ou diluição transforma-se em ácido hidroxâmico gordo. • O ácido hidroxâmico gordo tem uma parte (ressonância) da estrutura similar à forma enol do sal. • O sal, dependendo da concentração e do pH pode estar em equilíbrio com o seu ácido conjugado. • Por solidificação, o sal revela tendência para formar um agregado por associação com o ácido conjugado.

Por investigação da cadeia de carbono gorda de C6 a Cis, verifica-se experimentalmente que quando o reagente é formado 26 ΕΡ 1 419 012/ΡΤ exclusivamente por C8 proporciona o melhor desempenho de flotação devido a um equilíbrio óptimo entre factores estruturais tais como isomerização ceto-enol e factor de hidrofobicidade. 0 reagente à base de C6 tem uma boa solubilidade mas é menos eficaz devido ao menor comprimento da cadeia. 0 reagente à base de C12 e acima revela baixa solubilidade e como resultado, apesar de estarem disponíveis em abundância a partir de fontes naturais têm uma utilização limitada em flotação mineral.

Na formação do hidroxamato, que tem por base uma composição Ce/Cio natural, e é obtida a partir de óleo de coco e de óleo de palmiste fraccionados, há um equilíbrio óptimo entre factores estruturais tais como a isomerização ceto-enol e a hidrofobicidade. 0 reagente hidroxamato quando preparado na forma de pasta que contém KOH encontra-se pronto a usar no circuito de flotação por simples dispersão em água quente. A sua parte hidrófoba assiste na flotação enquanto a sua parte hidroxamato assiste na ligação selectiva sobre a superfície do metal por quelação.

Quando o reagente hidroxamato é suspenso em água a sua cauda de carbono hidrófoba em virtude da força de atracção de Van der Waal é provável que forme um agregado do tipo hemi-micela em que o grupo terminal polar do hidroxamato provavelmente tem tendência a orientar-se com um tipo de arranjo circular. Esses agregados podem ser formados através da combinação de interacção ião-ião e/ou ião-molécula grandemente assistida por ligações intermoleculares de Η. A reactividade do hidroxamato como reagente de flotação depende em certa medida desta natureza de agregados. 0 aumento do pH a um valor acima do pKa do ácido hidroxâmico (~9) dá origem a uma solubilidade melhorada devido a agregados do tipo ião-ião, enquanto que a diminuição do pH favorece agregados do tipo ião-molécula. 0 reagente hidroxamato é preparado de modo a ter a totalidade do produto na forma do sal de potássio de ácido hidroxâmico com solubilidade em água aumentada. Quando 27

ΕΡ 1 419 Ο12/PT preparado em forma de pasta aproximadamente a 50%, constata-se que o reagente hidroxamato é bem solúvel em água quente ou de preferência KOH diluído (0,5% - 1%) e é prontamente disperso no meio de flotação. À medida que o reagente é transformado desde a forma de pasta até à forma de pó seco, a sua solubilidade é significativamente diminuída o que se considera ser devido a que parte do sal (forma iónica) reverte para ácido (forma molecular) o que dá origem ao agregado menos solúvel do tipo ião-molécula. Quando o reagente hidroxamato sólido é cuidadosamente condicionado com solução de KOH a 1%, a sua solubilidade é altamente melhorada e exibe características de propriedades de superfície activa tão boas quanto as da forma de pasta.

Lisboa, 2011-11-25

Claims

ΕΡ 1 419 012/PT 1/3 REIVINDICAÇÕES 1. Método de recolha de produtos minerais com valor de uma pasta aquosa de minério por flotação por espuma, o método compreendendo o passo de adição de uma composição aquosa de hidroxamato de cadeia gorda à pasta aquosa de minério, caracterizado por o pH da dita composição aquosa de hidroxamato de cadeia gorda ser de pelo menos 11 e o dito hidroxamato aquoso de cadeia gorda compreender um contra-ião que é um metal alcalino seleccionado de entre sódio, potássio e misturas destes e em que a composição é essencialmente livre de solventes insolúveis em água.
2. Método de acordo com a reivindicação 1 em que o pH da composição se situa no intervalo de 11 a 13.
3. Método de acordo com a reivindicação 1 em que o pH da composição se situa no intervalo de 11,5 a 13.
4. Método de acordo com a reivindicação 1 em que o pH da composição se situa no intervalo de 12,0 a 12,5.
5. Método de acordo com a reivindicação 1 em que a porção gorda do hidroxamato de cadeia gorda tem um comprimento da cadeia de carbono no intervalo de 6 a 14 átomos de carbono.
6. Método de acordo com a reivindicação 5 em que a porção gorda tem um comprimento da cadeia de carbono no intervalo de 8 a 12 átomos de carbono.
7. Método de acordo com a reivindicação 6 em que a porção gorda tem um comprimento da cadeia de carbono no intervalo de 8 ou 10 átomos de carbono, ou mistura destes.
8. Método de acordo com a reivindicação 6 em que a porção gorda do hidroxamato de cadeia gorda é obtida a partir de óleo de coco ou de óleo de palmiste fraccionados.
9. Método de acordo com a reivindicação 1 em que a composição aquosa de hidroxamato de cadeia gorda contém menos do que 5% p/p de impurezas de ácido gordo. ΕΡ 1 419 012/PT 2/3
10. Método de acordo com a reivindicação 1 em que o contra-ião está presente em excesso.
11. Método de acordo com a reivindicação 1 em que o hidroxamato é um hidroxamato de metal alcalino e a concentração do hidroxamato de metal alcalino na dita composição aquosa de hidroxamato de cadeia gorda se situa no intervalo de 1 a 60% em peso da mistura aquosa.
12. Método de acordo com a reivindicação 11 em que a concentração do hidroxamato de metal alcalino na dita composição aquosa de hidroxamato de cadeia gorda se situa no intervalo de 5 a 50% em peso da mistura aquosa.
13. Método de acordo com a reivindicação 1 em que a composição aquosa de hidroxamato de cadeia gorda é formulada como uma pasta que compreende 30 a 50% partes em peso de hidroxamato de metal alcalino e 50 a 70% partes em peso de água e opcionalmente outros componentes.
14. Método de acordo com a reivindicação 1 que compreende ainda o providenciamento de hidroxilamina no hidroxamato aquoso de cadeia gorda numa quantidade de até 1% em peso da composição total de hidroxamato aquoso de cadeia gorda.
15. Método de recolha de produtos minerais com valor de acordo com a reivindicação 1 em que a quantidade de reagente hidroxamato se situa no intervalo de 0,1 a 500 g por tonelada de minério.
16. Método de recolha de produtos minerais com valor de acordo com a reivindicação 1 em que a composição de hidroxamato é adicionada à pasta como uma solução diluída de concentração no intervalo de 1 a 30% de sal hidroxamato em peso da composição aquosa total de hidroxamato e misturada durante pelo menos 30 minutos antes da utilização.
17. Método de acordo com a reivindicação 16 em que a solução diluída de hidroxamato é preparada por diluição de uma composição de hidroxamato com hidróxido de metal alcalino aquoso. ΕΡ 1 419 012/ΡΤ 3/3
18. Método de acordo com a reivindicação 17 em que o hidroxamato é diluído com solução de KOH a 1%.
19. Método de acordo com a reivindicação 1 que compreende: (i) a formação de uma pasta aquosa do minério; (ii) opcionalmente, o ajustamento do pH da pasta; (iii) a realização do dito passo de adição de uma composição aquosa de hidroxamato de cadeia gorda à pasta aquosa de minério em que o pH da dita composição aquosa de hidroxamato de cadeia gorda é de pelo menos 11 e a dita composição aquosa de hidroxamato de cadeia gorda é essencialmente livre de solventes insolúveis em água; (iv) a agitação da pasta para misturar e condicionar o hidroxamato de cadeia gorda e a pasta de minério; (v) a adição de um agente de espuma à pasta; (vi) a agitação da pasta para formar uma espuma que contém os minerais separados por flotação; e (vii) a remoção da espuma e recolha dos minerais separados por flotação na presença do hidroxamato.
20. Método de acordo com a reivindicação 1 que compreende ainda: a formação de uma composição aquosa de hidroxamato de cadeia gorda por providenciamento de uma base livre de hidroxilamina aquosa e combinação da base livre de hidroxilamina com éster de ácido gordo na presença de solução alcalina de hidróxido de metal alcalino para formar um hidroxamato de cadeia gorda; a adição de mais alcali ao hidroxamato de cadeia gorda para proporcionar uma mistura aquosa de hidroxamato de cadeia gorda com um pH de pelo menos 11.
21. Método de acordo com a reivindicação 20 em que a base livre de hidroxilamina tem uma concentração no intervalo de 10 a 30% em peso.
22. Método de acordo com a reivindicação 21 em que a base livre de hidroxilamina com uma concentração no intervalo de 10 a 30% em peso é preparada por reacção de hidróxido de metal alcalino e sulfato de hidroxilamónio antes da combinação da base livre de hidroxilamina e do éster de ácido gordo. Lisboa, 2011-11-25