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1 - FLOTTATION DES ESPÈCES MINÉRALES

2 - FLOTTATION IONIQUE ET FLOTTATION DE PRÉCIPITÉ

Article de référence | Réf : J3350 v1

Flottation des espèces minérales
Flottation - Mécanismes et réactifs

Auteur(s) : Pierre BLAZY, El-Aid JDID

Date de publication : 10 juin 2000

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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 minérallurgie (LEM) - ENSG-INPL-CNRS UMR 7569

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INTRODUCTION

La croissance industrielle durant le XXe siècle a nécessité des quantités considérables de métaux et, de ce fait, la mise en œuvre de procédés compatibles avec le traitement de masses rocheuses énormes. Parmi ces procédés, la flottation permet de séparer les solides entre eux, en mettant à profit les différences existant entre leurs propriétés superficielles dans une solution aqueuse et en présence d’air. Plus tard, ce procédé a été appliqué à la séparation solide-liquide (flottation de précipité) et à l’extraction d’ions en solution (flottation ionique).

Le principe de la flottation des minerais est le suivant : les particules solides sont mises en suspension par agitation dans de l’eau après qu’un broyage en humide, plus ou moins poussé, ait libéré de la gangue l’espèce minérale valorisable. Ce mélange solide-eau (ou pulpe) est conditionné avec un réactif chi-mique appelé collecteur, dont le rôle est de rendre hydrophobe la surface du minéral à flotter, afin de lui conférer une affinité plus grande pour la phase gazeuse que pour la phase liquide.

On obtient une action sélective du collecteur en faisant appel à des modificateurs, les déprimants et les activants, qui modifient son affinité pour certaines surfaces minérales. Il s’agit alors du procédé de flottation différentielle, permettant par exemple la séparation des sulfures, des oxydes, des silicates, des sels.

La pulpe ainsi conditionnée est introduite dans des réacteurs munis d’agitateurs aérés (cellules de flottation) ou d’injecteurs d’air (colonne de flottation) ou d’électrodes (électroflottation) générant des bulles d’air et les dispersant. Les particules rendues hydrophobes se fixent à la surface des bulles qui constituent un vecteur de transport grâce à leur mouvement ascensionnel vers la surface libre de la pulpe. On obtient ainsi une mousse surnageante chargée en solides, appelée écume. La taille des bulles (et en cela l’aire interfaciale liquide-air) et la durée de vie de la mousse sont modulées par l’addition d’un moussant. Le liquide entraîné est drainé par gravité à l’intérieur même de la mousse, laquelle est recueillie par débordement.

On peut donc définir plusieurs opérations élémentaires lors du processus de flottation :

  • conditionnement des surfaces des solides par des modificateurs de l’adsorption du collecteur ;

  • adsorption du collecteur sur la surface d’un solide déterminé ;

  • contact entre les particules solides et les bulles d’air ;

  • transport de l’ensemble bulles-particules vers la surface de la pulpe ;

  • formation et récupération de l’écume.

Le collecteur est un agent tensioactif (surfactant), molécule organique hétéropolaire constituée par au moins une chaîne hydrocarbonée et une tête polaire, qui peut comporter un ou plusieurs groupes salifiants facilement ionisables. Selon que la charge de la tête polaire, après dissociation dans l’eau, est négative ou positive, le collecteur est anionique ou cationique. Le caractère tensioactif est conféré par l’affinité de la chaîne pour la phase gazeuse, et de la tête polaire pour la phase liquide. La molécule tensioactive est donc orientée à l’interface air-eau.

Pour les sulfures, les agents tensioactifs les plus utilisés appartiennent à la famille des thiols. Ce sont principalement les alkyldithiocarbonates et les alkyldithiophosphates. Pour les oxydes, les silicates et les sels, les surfactants les plus employés sont les acides gras, les amines et leurs sels, les alkylsulfates et alkylsulfonates.

Les moussants sont aussi des tensioactifs dont la constitution rappelle celle des collecteurs, puisque ce sont aussi des molécules organiques hétéropolaires appartenant principalement aux familles des alcools et des polyéthers, mais qui ne s’adsorbent pas ou s’adsorbent peu sur les surfaces minérales. D’ailleurs, tous les collecteurs présentent plus ou moins des propriétés moussantes.

La flottation des sulfures métalliques, qui sont les minerais naturels des métaux de base non ferreux, représente historiquement le procédé qui a permis de traiter des minerais complexes à fine minéralisation ou à faible teneur, notamment les minerais de plomb-zinc-cuivre, qui sont concentrés par flottation dans plus de 90 % des cas, dans des usines dont la capacité journalière peut varier de quelques centaines de tonnes à 100 000 tonnes.

Les minéraux de type oxydes, silicates et silicoaluminates, bien que de familles minéralogiques différentes, présentent en solution aqueuse des propriétés physico-chimiques semblables et répondent aux mêmes types de réactifs. La flottation, sauf pour le fer hématite, est peu développée industriellement pour l’ensemble de ces trois familles.

Enfin, les minéraux de type sels (carbonates, sulfates, fluorures, tungstates et phosphates) représentent une famille extrêmement importante, de propriétés assez homogènes, puisqu’ils sont constitués de cations et d’anions entre lesquels existent des liaisons ioniques. La flottation s’applique surtout aux minéraux peu solubles, bien qu’il existe des usines de flottation de minéraux solubles tels que la sylvinite (KCI) et la halite (NaCl) en milieu saumure.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-j3350


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1. Flottation des espèces minérales

Les principales espèces sont données dans le tableau 1.

1.1 Thermodynamique de la flottation

L’application des principes de la thermodynamique aux systèmes de flottation permet de comprendre les mécanismes réactionnels et de prévoir si une transformation peut avoir lieu ou non, sans toutefois connaître la cinétique de cette transformation et sans pouvoir indiquer la récupération d’un minéral dans des conditions particulières. La principale critique de l’application de la thermodynamique vient du fait que, pendant le temps où se déroule l’opération de flottation, le système auquel on applique les lois thermodynamiques n’est pas en équilibre . Aussi, cette démarche ne doit-elle être considérée que comme une approche simplificatrice pour décrire un phénomène très complexe.

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1.1.1 Rappel de thermodynamique à l’interface liquide-air

La tension superficielle γ est définie comme le travail nécessaire pour accroître l’interface entre deux fluides d’une unité de surface. Si l’on considère l’accroissement infinitésimal dA, le travail nécessaire dW r s’écrit, pour une transformation réversible :

dWr = γ dA

L’expression générale de la variation de l’enthalpie libre G du système s’écrivant :

dG=SdT+VdP+ μ i d n i ...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - BLAZY (P.) -   La valorisation des Minerais  -  . Presses Universitaires de France 1970, 416.

  • (2) - CASES (J.M.), CANET (D.), DOERLER (N.), POIRIER (J.E.) -   Adsorption at the gas-solid and solid-liquid interface  -  . ROUQUEROL (J.), SING (K.S.W.), Elsevier Publishers Amsterdam 1982 p. 21.

  • (3) - CASES (J.M.), VILLIERAS (F.) -   Thermodynamic Model of Ionic and Non ionic Surfactant Adsorption. Abstraction on hete-rogenous Surfaces  -  . American Chemical Society 1992 pp. 1251-1264.

  • (4) - LEVITZ (P.), VAN DAMME (H.), KERAVIS (D.) -   Solid-Liquid interaction in porous media  -  . Cases J.M. Technip Publisher Paris 1985 p. 473.

  • (5) - CASES (J.M.), DOERLER (N.), FRANÇOIS (M.) -   Influence of different types of fine grinding on structural and superficial properties of minerals  -  . XVth Int. Miner. Proc. Cong. Elsevier Science Publishers B.V. Amsterdam FORSBERG (E.) Cannes 2-9 juin 1985 pp. 1477-1487.

  • ...

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