Cinétique de la flottation et modélisation

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Auteur(s)

Pierre BLAZY : Professeur à l’École Nationale Supérieure de Géologie (ENSG)
El‐Aid JDID : Docteur ès sciences - Ingénieur de Recherche au Laboratoire Environnement et Minéralurgie (LEM) ENSG-INPL-CNRS UMR 7569

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INTRODUCTION

La flottation est une technique de séparation des solides basée sur les différences existant entre leurs propriétés superficielles dans une solution aqueuse et dans l’air. Pour ce faire, on disperse des bulles d’air dans une suspension aqueuse de particules solides (pulpe) pour récupérer l’espèce minérale à séparer, rendue préalablement hydrophobe par un ajout de collecteur (surfactant). L’ensemble eau‐bulles‐particules hydrophobes est rassemblé sous forme d’une écume surnageante stabilisée par un moussant.

La flottation peut en outre s’appliquer aux ions en solution et aux précipités organométalliques hydrophobes.

La pratique de la flottation d’espèces minérales implique la compréhension :

des phénomènes électriques à l’interface minéral-eau ;
de la modification des propriétés superficielles par le broyage ;
de l’adsorption des surfactants sur les surfaces minérales ;
de la nature des surfactants (collecteurs et moussants) et de l’action des déprimants et des activants dont le rôle est d’inhiber ou de faciliter l’action des collecteurs afin d’obtenir une séparation sélective.

Le lecteur est donc invité à relire au préalable l’article Flottation : mécanismes et réactifs Flottation- Mécanismes et réactifs .

Dans cet article, nous développons les aspects pratiques de la flottation : notamment la préparation de la pulpe, les différents circuits et machines, la cinétique et le contrôle de la flottation. Nous donnons ensuite quelques exemples industriels avant d’aborder les données économiques et les contraintes environnementales.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j3360

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3. Cinétique de la flottation et modélisation

La cinétique de flottation dépend de la dimension des particules et de la taille des bulles, mais elle est aussi affectée par une multitude d’autres facteurs tels que les interactions entre les fractions granulométriques du minéral flotté et entre les minéraux flottés et non flottés, la coagulation des ultrafines, la précipitation des germes gazeux sur les surfaces minérales, l’action de la turbulence sur les agrégats, la saturation des bulles par les particules minérales, l’entraînement des ultrafines dans les mousses, etc. Il existe deux types de modèles, l’un considérant la variation temporelle de la concentration C de particules à flotter, l’autre tenant compte de la variation dans le temps de la récupération des particules flottées.

3.1 Variation temporelle de la concentration

Ce type de modèle prend en considération la flottation d’un solide et suppose que le nombre des bulles soit constant dans la cellule. La variation temporelle de la concentration en solide flottable dans la pulpe C serait alors de la forme :

avec :

K_f: constante cinétique de la flottation
n: ordre de la réaction.

La plupart des auteurs s’accordent pour admettre que la flottation a une cinétique du 1^er ordre [27] [28] [29] [30] [31], bien que certains suggèrent que l’ordre soit plus élevé [32] [33]. On a donc, pour un réacteur discontinu, tel que la cellule de laboratoire, l’équation :

L’intégration de cette équation donne la concentration de l’espèce qui flotte dans la pulpe au temps t, avec C₀ concentration initiale (pour t = 0) :

...

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