Flottazione a schiuma

Come si separa un metallo prezioso dalla roccia inutile quando sono mescolati in granelli finissimi? Uno dei metodi più ingegnosi e diffusi sfrutta una differenza di chimica delle superfici: si fa in modo che i granelli utili si attacchino alle bolle d’aria e galleggino, lasciando affondare il resto. È la flottazione a schiuma.

Vediamo come si rende “amica” o “nemica” dell’acqua la superficie dei diversi minerali, come le bolle li selezionano e perché questo processo è alla base dell’industria mineraria.

Separare in base alla superficie

La flottazione a schiuma è un metodo per separare particelle solide diverse mescolate in un’acqua, sfruttando il modo in cui la loro superficie si comporta con l’acqua. Alcune particelle vengono rese idrofobe, cioè respingenti l’acqua, e altre lasciate idrofile, cioè attratte dall’acqua. Insufflando aria, le particelle idrofobe si attaccano alle bolle e salgono, quelle idrofile restano nel liquido: la separazione avviene così sulla base della chimica delle superfici.

Rendere idrofoba una superficie

Il cuore del metodo è poter cambiare a piacere la bagnabilità della superficie dei minerali. Si aggiungono all’acqua sostanze chiamate collettori, molecole che si attaccano selettivamente alla superficie di un certo minerale rivolgendo verso l’esterno una coda che respinge l’acqua. Quel minerale diventa così idrofobo, mentre gli altri, non toccati dal collettore, restano idrofili. Scegliendo bene il collettore si decide quale minerale far galleggiare e quale no.

particella idrofoba → si attacca alla bolla → galleggia   |   particella idrofila → resta in acqua

L’incontro con la bolla

Quando una bolla d’aria sale attraverso la sospensione e incontra una particella idrofoba, l’acqua fra le due viene espulsa facilmente, perché la particella non ama l’acqua, e la particella si attacca alla bolla. Con una particella idrofila, al contrario, il sottile film d’acqua resiste e impedisce l’aggancio. La bolla carica di particelle idrofobe continua a salire, sollevandole fino in cima, dove formano una schiuma che si raccoglie a parte.

Il ruolo della schiuma

La schiuma in cima non è un dettaglio, ma una parte essenziale del processo. Deve essere abbastanza stabile da reggere le particelle e da poter essere raccolta senza che le bolle scoppino subito, ma non così stabile da non liberare poi il minerale. Per regolarla si aggiungono sostanze schiumogene apposite. La schiuma carica di minerale viene raccolta dalla superficie, mentre il materiale di scarto resta sul fondo: due flussi separati che escono dal processo.

Perché è così importante

La flottazione è una delle tecnologie più importanti dell’industria mineraria: gran parte dei metalli che usiamo, come rame, zinco, piombo e molti altri, viene concentrata proprio così. Permette di trattare minerali poveri, in cui la parte utile è dispersa in granelli minuscoli, separandola in modo efficiente da enormi quantità di roccia inerte. Senza la flottazione, sfruttare molti giacimenti sarebbe antieconomico. È un esempio splendido di come una sottile differenza nella chimica delle superfici, opportunamente esaltata con i reagenti giusti, possa diventare la base di un processo industriale su scala gigantesca, che muove ogni anno miliardi di tonnellate di materiale.

I reagenti del processo

La flottazione funziona grazie a una squadra di reagenti, ciascuno con un compito preciso, che vale la pena conoscere. I collettori sono le molecole che rendono idrofoba la superficie del minerale da raccogliere, ancorandovisi e rivolgendo verso l’esterno una coda che respinge l’acqua. Gli schiumogeni regolano la schiuma, dandole la consistenza giusta per reggere e trasportare le particelle senza scoppiare troppo presto. I modificatori, infine, aggiustano le condizioni: alcuni cambiano l’acidità dell’acqua, altri attivano un minerale rendendolo più ricettivo al collettore, altri ancora lo “deprimono”, cioè lo proteggono dal collettore per impedirgli di galleggiare quando non lo si vuole. Dosando con cura questa combinazione si riesce a separare anche minerali molto simili fra loro, facendone galleggiare uno e affondare l’altro. È un lavoro di fine chimica delle superfici, in cui piccole variazioni nei reagenti o nell’acidità fanno la differenza fra una separazione riuscita e una fallita, ed è ciò che rende la flottazione tanto potente quanto delicata da mettere a punto.

Domande frequenti

Che cos’è la flottazione a schiuma?

È una tecnica per separare particelle solide finissime sfruttando la diversa bagnabilità delle loro superfici. Le particelle rese idrofobe si attaccano alle bolle d’aria e galleggiano formando una schiuma raccoglibile, mentre quelle bagnate dall’acqua restano sospese e affondano, separandosi così dal minerale utile in base alla sola chimica delle loro superfici, senza bisogno di differenze di peso o di dimensione fra le particelle da dividere, il che la rende capace di separare anche minerali molto simili fra loro, che altri metodi basati sul peso o sulla taglia non riuscirebbero in alcun modo a distinguere.

Come si rende idrofoba una particella?

Aggiungendo all’acqua sostanze dette collettori, che si attaccano selettivamente alla superficie di un certo minerale rivolgendo verso l’esterno una coda che respinge l’acqua. Quel minerale diventa idrofobo, mentre gli altri restano idrofili: così si sceglie cosa far galleggiare.

Perché le particelle idrofobe si attaccano alle bolle?

Perché, non amando l’acqua, lasciano espellere facilmente il sottile film d’acqua fra loro e la bolla, e quindi vi aderiscono. Le particelle idrofile, invece, trattengono quel film d’acqua che impedisce l’aggancio, e restano nel liquido senza salire, finendo poi sul fondo come materiale di scarto separato dal minerale utile raccolto in superficie.

A cosa serve la schiuma?

A trasportare e raccogliere le particelle sollevate dalle bolle. Deve essere stabile abbastanza da reggere il minerale ed essere raccolta senza scoppiare subito, ma non troppo, per poi liberarlo. Si regola con sostanze schiumogene apposite aggiunte al processo.

Perché è importante per l’industria?

Perché gran parte dei metalli come rame, zinco e piombo viene concentrata con la flottazione. Permette di trattare minerali poveri, separando i granelli utili da enormi quantità di roccia inerte in modo efficiente, rendendo economico sfruttare giacimenti altrimenti inutilizzabili e poveri, in cui la parte di valore è dispersa in granelli minuscoli dentro enormi masse di roccia inerte.