Conception et réalisation d’un appareil de flottation

Conception et réalisation d’un appareil de flottation

INTRODUCTION GENERALE

Actuellement, le secteur minier est en plein essor à Madagascar. En effet, durant ces dernières années, le nombre de sociétés minières n’a cessé de croître. Les méthodes utilisées par ces sociétés lors des opérations d’enrichissement des minerais sont dépassées par le temps et nécessitent beaucoup d’investissements. Conscients de ce problème, nous nous sommes proposés de réaliser la présente étude intitulée :

« Conception et réalisation d’un appareil de flottation : flottation de la bauxite »

Le but de cette étude aussi partielle et humble soit-elle vise à concevoir un appareil de flottation facile à utiliser d’une part, et d’autre part de coût relativement faible avec un bon rendement.
Ainsi nos travaux traiteront :
· Dans la première partie : la conception théorique. Elle comporte des généralités sur la flottation et les phénomènes régissantes la flottation des oxydes, ainsi que la conception théorique de la machine proprement dite.
· Dans la deuxième partie : la réalisation pratique se rapportant sur nos travaux expérimentaux, notamment la mise au point de l’appareil, les essais de flottation, et enfin, l’interprétation des résultats.

Réactifs de flottation

Ainsi qu’on l’a dit, les valeurs des énergies interfaciales et de l’angle de contact qui conditionnent le phénomène de flottation, varient avec la nature physique et chimique de la surface du solide et la composition de la solution aqueuse. C’est ainsi que l’addition d’une ou plusieurs substances, même en quantité infinie, peut modifier considérablement le comportement de la surface du solide afin d’obtenir des effets sélectifs.
Ces additifs qu’on utilise sont : les collecteurs ou surfactants, les moussants, les activants et/ou les dépresseurs et les régulateurs.

Collecteurs

Ce sont des agents qui adhèrent préférentiellement à la surface de certaines de minerais pour constituer autour d’elles un revêtement non polaire qui repousse l’eau mais s’attache aux bulles d’air et aux molécules non polaires des huiles.
Toutes fois les collecteurs sont introduits dans la pulpe pendant la phase dite conditionnement pour qu’ils soient bien efficaces.

Les moussants

Ce sont des substances qui peuvent provoquer une formation des mousses avec l’eau.
D’après GAUDIN [11] un bon moussant doit être :
· Un corps organique
· Un corps dont la molécule est hétéro polaire
· Un corps de solubilité ni trop faible ni trop forte (en général entre 0.2 à 5 g/l)
· Un corps qui ne s’ionise pas
Enfin, un corps qu’on peut trouver sur le marché à un prix raisonnable.

Les principaux moussants utilisés sont les suivants : 

· Huiles de pin (terpinéol et les autres alcools terpéniques)
· Acides crésyliques (Ortho, Meta, para-crésol et xylénols)
· Savons
· Alcools (menthol,…)
· Etc.
1223- L’activant et/ou dépresseur

Dépresseur

C’est un réactif empêchant la flottation des certaines substances minérales que l’on ne désire pas flotter. Les déprimants permettent pour cette raison, la flottation sélective et ils agissent par :
· Une neutralisation des activants
· Un changement de signe des charges superficielles des particules
· Une destruction des couches de collecteur déjà fixées sur les particules.
· Oxydation des collecteurs entraînant une réduction de leur pouvoir hydrophobant.

Critères de choix des réactifs

L’utilisation des réactifs dans le domaine de la flottation dépend de certains critères.

Surfactants ou collecteurs
Propriétés physico-chimiques

En pratique, les surfactants utilisés sont des molécules organiques constituées d’une partie polaire, facilement ionisante, et, d’une chaîne hydrocarbonée R, saturée ou non.
Quatre groupements polaires sont utilisés et donnent les familles suivantes :
· Acides carboxyliques ou acides gras RCOOH (acide oléique) et leurs sels RCOOHNa (oléate de sodium).
· Les amines RNH2 (Acétate d’amine) et leurs sels RNH3Cl
· Les sulfates RSO4Na (dodécyl sulfate de sodium)
· Les sulfonates RSO3Na (Sulfonate de pétrole).

Remarques :

Les amines sont cationiques et les 3 autres sont anioniques.
On utilise souvent les chaînes hydrocarbonées R, dérivées de produits naturels comme l’acide oléique ; l’huile de coprah ; suif ; tallöl (résidu de l’industrie du bois), des résidus sulfonés de l’industrie de pétrole avec des chaînes distribuées autour de C12 (de l’huile de coprah), C18(de l’acide oléique) et C12 à C18(dérivées du suif).

Les moussants

Durant la flottation, les moussants interviennent dans le contact entre les bulles et les particules minérales rendues hydrophobes et dans la séparation de la phase bulle – particule de la phase liquide – particule.

Propriétés physiques

Lorsqu’on augmente la concentration de composés organiques hétéropolaires dans la solution aqueuse, la tension superficielle de la solution décroît jusqu’à une valeur minimale.
Cela est dû au fait que le composé hétéropolaire se fixe préférentiellement à l’interface air – solution.

Il existe une liaison très nette entre le pouvoir moussant et la longueur de la chaîne carbonée : pour qu’un agent tensioactif ait une action effective, il faut que sa chaîne hydrocarbonée présente au moins 6 atomes de carbone.
Exemple : Le pouvoir moussant d’un alcool aliphatique est généralement supérieur à celui d’un alcool aromatique à cause de la double liaison du noyau benzénique qui sature rapidement.
Nota bene : Les moussants peuvent présenter des propriétés collectrice comme les moussants présentant le groupe carboxyle, amine, sulfate, qui sont utilisés comme un collecteur que moussant. Et, celles qui n’ont pas de propriétés collectrices comme les moussants présentant le groupe alcool.

Solubilité

Les composés utilisés comme moussants ne sont que légèrement solubles dans l’eau. Il faut remarquer que la quantité utilisée en flottation sont de l’ordre de 25 mg/l.

Mécanisme d’adsorption des surfactants

La surface des oxydes est susceptible d’adsorber les surfactants ayant une charge de signe opposé sur la partie polaire. Le mécanisme d’adsorption évolue en fonction de la concentration en surfactant :
Pour de très faibles concentrations, les ions du surfactant joue un rôle semblable à celui des contre ions ( interaction électrostatique entre l’adsorbant et l’adsorbât).
Pour la concentration voisine des centièmes de la c.m.c (concentration micellaire critique), la concentration au voisinage de la surface est telle que les ions du surfactant voient naître des interactions entre leurs chaînes hydrocarbonées. C’est une condensation bidimensionnelle.
En général, la concentration de surfactant doit être suffisamment basse pour éviter de former des micelles de surface.

CONCEPTION THEORIQUE DE LA MACHINE A FLOTTATION

La conception d’une machine de flottation est basée sur les fonctions essentielles de la cellule à savoir :
· Mettre et maintenir les particules en suspension
· Disperser les bulles d’air dans la pulpe
· De finir les conditions appropriées pour le contact entre les bulles d’air et les particules hydrophobes.

Phénomènes intervenant dans les différentes zones de l’appareil
Zone d’agitation
Description du phénomène

L’agitation de la pulpe est produite par sa circulation désordonnée de bas en haut. Ce mouvement ascendant turbulent est réalisé par le mouvement en rotation d’une hélice turbine à 6 pales et par l’injection de l’air qui produit d’une part une émulsion de densité plus faible que le fluide, et d’autre part une poussée capable d’amorcer aux particules circulant horizontalement dans la cuve une trajectoire de saltation ou une trajectoire d’un projectile.

Mouvements ascendants turbulents

Une particule entre dans la cuve suivant un écoulement horizontal. Pour de faibles vitesses de chute de l’injection de l’air et de la vitesse de rotation du module d’agitation, elle garde son mouvement horizontal c’est-à-dire qu’elle est soumise à des forces, à savoir le forces horizontales Fh qui régissent l’écoulement horizontal et les forces verticales Fv qui assurent la montée du minerai. Ceci favorise les forces horizontales Fh. ,Pour une grande vitesse de chute de l’injection de l’air et une forte rotation de la pale d’agitation, il ya un mouvement désordonnée des particules à cause de la collision entre particules et avec la paroi de la cuve.
Ce phénomène se produit lorsque la vitesse Vp du courant ascendant dépasse la vitesse Vpo de chaque particule c’est-à-dire la vitesse qu’elle atteindrait en chute libre dans le milieu fluide supposé tranquille au repos.

Sédimentation entravée – Raison de sédimentation

Dans la zone de séparation, les particules du minerai et les gangues sont en mouvement continuel de va et vient. Les particules qui peuvent tomber sont retardées dans leur chute par des collisions avec les particules en mouvement. La proportion en volume de solides étant supérieure à 1%, on se trouve dans les conditions de sédimentation entravée.
Les grains au cours de leurs déplacements heurtent les grains voisins et leur chute sont entravée.

Principe

Le circuit de commande consiste à varier la vitesse de rotation du moteur électrique qui entraînait le rotor.
On a adopté un circuit de commande à thyristor puisque ceci est facile à amorcer par une impulsion de courant dans le circuit de gâchette. De plus, par sa facilité à manipuler, le montage à thyristor n’exige pas une grande connaissance en électronique. Et enfin, par son prix qui n’est pas assez cher et que l’on trouve dans tous revendeurs des composants électroniques.
Le thyristor est un modèle de 7.5A/400V. Ce qui est plus que suffisant pour commander un moteur électrique.

CONCLUSION GENERALE

Lors de notre étude bibliographique, nous avons vu différentes machines de flottation.
Les unes utilisent le turbine comme mobile d’agitation, d’autres sont pneumatiques c’est à-dire il utilise seulement l’air pour flotter le minerai.
Mais la conception théorique de ces machines sont le même tant sur la cinétique de flottation que sur l’utilisation des réactifs.
En ce qui concerne la réalisation pratique de l’appareil, les matériaux de construction utilisés, sont à prix abordable et ne demande pas la mise en oeuvre d’une réalisation très complexe.
A propos du résultat des travaux expérimentaux d’essais de la machine conçue l’exemple de flottation des échantillons des résultats très intéressants à savoir : Une très bonne récupération de 70% et un taux de concentré en alumine (80.30%) avec une quantité des réactifs de flottation très minime par rapport à la quantité de minerai à flotter.
Néanmoins, même si les résultats obtenus sont assez satisfaisants, les problèmes concernants les points suivants restent à résoudre :
La séparation du sol rouge contenu dans le minerai et l’alumine proprement dite.
La qualité de l’eau qu’on utilise pour flotter la bauxite. Celle-ci doit être privée d’ions calcium et magnésium, qui s’adsorbent sur la surface de la bauxite et rendent la flottation non sélective.
Ainsi, il est très intéressant de pousser les travaux de recherche dans ce domaine pour des intérêts économiques puisque, même pour un minerai à très faible teneur en minéral de valeur, la méthode par flottation est toujours efficace.

Table des matières

INTRODUCTION GENERALE
GÉNIE CHIMIQUE
PREMIÈRE PARTIE : CONCEPTION THEORIQUE
11- FLOTTATION – Définition
112- Principe
12- TECHNIQUE DE FLOTTATION
121- Notion d’hydrophobicité de surface
122- Réactifs de flottation
1221- Collecteurs
1222- Les moussants
1223- L’activant et/ou dépresseur
1224- Régulateur
21- PROPRIÉTÉS DE L’INTERFACE OXYDE / SOLUTION AQUEUSE
211- Dissolution
212- Propriétés électriques de l’interface : modèle de double couche
213- Origine des potentiels de surface sur les oxydes en contact avec l’eau
22- CRITÈRES DE CHOIX DES RÉACTIFS
221- Surfactants ou collecteurs
2211- Propriétés physico-chimiques
2212- Hydrolyse et solubilité des surfactants
222- Les moussants
2221- Propriétés physiques
2222- Propriétés chimiques
2223- Solubilité
23- MÉCANISME D’ADSORPTION DES SURFACTANTS
31- CINÉTIQUE DE LA FLOTTATION
32- MODÈLE DE DISTRIBUTION DES CONSTANTES CINÉTIQUES
321- Influence des paramètres liés aux particules
322- Influence des paramètres opératoires des cellules
33- PHÉNOMÈNES INTERVENANT DANS LES DIFFÉRENTES ZONES DE L’APPAREIL
321- Zone d’agitation
3211- Description du phénomène
3212 Mouvements ascendants turbulents
3213- Calcul de vitesse limite de chute d’une particule solide sous l’action de la pesanteur
322- Etude de la zone de séparation et de la zone de concentration
3221- Description du phénomène
3222- Sédimentation entravée – Raison de sédimentation
34- CONCLUSION
DEUXIÈME PARTIE : REALISATION PRATIQUE
11- PRINCIPE ET CARACTÉRISTIQUES DE FONCTIONNEMENT
111- Principe
112- Caractéristiques de fonctionnement
1121- Caractéristiques géométriques
1122- Caractéristiques hydrodynamiques
113- Données numériques.
1131- Calcul du diamètre de la poulie d’entraînement
12- DIMENSIONNEMENT
121- Diamètre moyenne des particules
122- Calcul du volume d’une cellule de flottation
123- Evacuation des écumes
124- Ecoulement de la pulpe non épuisée
1.3- SCHÉMA DE L’APPAREIL
131- Description
132 Schéma de l’appareil
14- MATÉRIAUX DE CONSTRUCTION
Conception et réalisation d’un appareil de flottation : flottation de la bauxite
15- CORROSION
16- MAINTENANCE
161- Graissage
162- Pièces de rechange
17- CIRCUIT DE COMMANDE DU MOTEUR
171- Principe
172- Schéma et fonctionnement
1721- Schéma du circuit
1722- Fonctionnement
1723- Formules de calibrages
1724- Résultats
18- INVESTISSEMENT
21- BAUXITE
211- Définition
212- Mode de formation et de gisements – Bauxitisation
213- Propriétés et compositions
214- Utilisations industrielles et applications industrielles
2141- Industrie métallurgique
2142- Cimenterie
2143- Industrie chimique
2144- Réfractaires
22- ESSAIS DE FLOTTATION
221- Buts
222- Conditions d’essais
223- Préparation du collecteur : l’acide Oléique
2231- Intérêt et but de la préparation
2232 – Principe
2233- Réactifs et matériels
2234- Mode opératoire
2235- Résultats
224- Description et fonctionnement
2241- Description
2242- Fonctionnement
225- résultats des essais – Interprétations des résultats
2252- Série d’essai n°2
2253- Série d’essai n°3
2254- Série d’essai n°4
2255- Série d’essai n°5
31- RÉACTIONS MISE EN JEU DANS L’APPAREIL
311- entre l’acide oléique et l’alumine
312- Déprimants et l’oxyde de fer, la silice, l’oxyde de titane
32- BILAN DE LA CELLULE5
321- Rendement en poids Rp
322- Rendement en alumine rAl2O3
33- CONCLUSION
CONCLUSION GENERALE

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