Soutenance mémoire
Dans une perspective d’enrichissement du minerai extrait d’une mine, la séparation des minéraux de valeur de la gangue stérile est une étape cruciale et d’une grande importance économique pour l’activité minière. Cette étape vise généralement à obtenir une teneur élevée en minéral de valeur dans le concentré tout en maintenant une grande récupération. Dans l’industrie, différents procédés peuvent être utilisés pour cette opération comme, par exemple, la séparation magnétique, la séparation gravimétrique, l’hydrométallurgie, la lixiviation, la sédimentation ou la flottation. Parmi les procédés potentiels, la flottation se démarque et présente un grand intérêt pour l’industrie. Mais, la majorité des industries minières utilise un appareil qui dépense beaucoup d’énergie avec un cout d’acquisition élevé.
GENERALITES SUR LA FLOTTATION
DEFINITION
La flottation est une méthode de séparation des solides qui utilise des différences de propriétés des interfaces entre les solides, une solution aqueuse et un gaz généralement l’air.
En général, plusieurs cas peuvent être distingués :
– si la masse volumique de la phase dispersée est nettement inférieure à celle de la phase continue, la séparation, qui s’effectue automatiquement, est dite naturelle ;
– si la masse volumique de la phase dispersée est légèrement inférieure à celle de la phase continue, la flottation est dite assistée, puisque des moyens extérieurs doivent être mis en œuvre pour améliorer la séparation ;
– si la masse volumique de la phase dispersée, à l’origine supérieure à celle de la phase continue, est artificiellement réduite, la flottation est dite provoquée. La qualité de la flottation provoquée dépend surtout des interactions physico-chimiques et hydrodynamiques entre les trois phases solides, liquide, gaz.
HISTORIQUE DU PROCEDE ET DOMAINE D’APPLICATION
Le procédé de flottation est très ancien puisqu’il a été appliqué dans l’industrie minière depuis le XIXème siècle : l’huile est utilisée comme collecteur pour séparer certains minéraux de la gangue.
Trois grandes périodes ont marqué le développement de ce procédé, liées à la mise sur le marché industriel de grandes quantités de réactifs, appelés collecteurs, qui confèrent l’hydrophobicité nécessaire aux surfaces minérales. Dans un premier temps, pour flotter les sulfures on fit appel aux acides gras naturels, dont les consommations étaient élevées. Dans un deuxième temps, vers les années 1920-1930, on synthétisa des collecteurs de type dithiocarbonates et dithiophosphates, ayant une grande affinité pour les sulfures conduisant à de faibles consommations. Enfin, arrivèrent sur le marché, dans un troisième temps, d’autres collecteurs de synthèse tels que les amines, les alkylsulfonates et les alkylsulfates, permettant de flotter des oxydes et des sels. Dès le début, la sélectivité a été un des principaux moteurs de la flottation, qui a nécessité bon nombre de travaux scientifiques et techniques, depuis la compréhension des phénomènes de surface jusqu’à la recherche de réactifs modulant l’action des collecteurs, ou la découverte de réactifs nouveaux. C’est ainsi que, plus récemment, sont apparus les collecteurs chélatants, qui font l’objet d’études pour le traitement des gisements à minéralisations complexes.
En dehors de l’industrie minière, la flottation a trouvé de nombreuse application dans des branches d’activité très diverses, comme :
– l’enrichissement des huiles, des sables bitumineux et pétrolifères ;
– dans l’industrie textile, l’épuration (dégraissage) des eaux de lavage des laines ;
– dans l’industrie sucrière, l’épuration des jus sucrés en éliminant les impuretés dans l’écume ;
– dans l’industrie de peinture, obtention directe de certains pigments de peinture ;
– dans l’agriculture, classement des semences et écorces ;
– dans l’industrie papetière pour le désencrage des vieux papiers ;
– dans l’industrie alimentaire et plasturgique ;
– traitement des eaux industrielle et urbaine.
PRINCIPE DE FLOTTATION
Les solides sont préalablement broyés à une granulométrie suffisamment fine pour libérer chaque composé, puis mis en suspension dans l’eau. Ce mélange solide-eau est conditionné avec un réactif chimique (collecteur, activant, déprimant), dont le rôle est de rendre hydrophobe les particules à séparer. La pulpe ainsi conditionnée est introduite dans des machines à flottation. Par addition simultanée d’un moussant et une injection d’air dans la cellule sous forme de fines bulles, certaines particules les plus hydrophobes des minéraux s’accrochent aux bulles d’air et flottent à la surface sous forme de mousse. Puis, la mousse forme une écume. De cette façon, les minéraux sont concentrés et séparés des gangues. Ces concentrés sous forme des écumes sont enlevés de la cellule tandis que les gangues tombent au fond.
TECHNIQUE DE FLOTTATION
Préparation de la pulpe
Pour obtenir une bonne séparation, il faut bien préparer la pulpe avant la flottation.
Prétraitements du solide
➤ Broyage
Le broyage est une opération de traitement du solide. Il est la première condition pour obtenir une bonne flottation. Son objectif est de libérer les particules à flotter. On trouve deux catégories d’appareil de broyage :
– Les broyeurs classiques : le broyeur à barres et les broyeurs à boulets
– Les broyeurs autogènes
➤ Granulométrie
La séparation des solides par la méthode de flottation dépend de la taille des particules. Alors, il est nécessaire de faire une analyse granulométrique, qui consiste à déterminer la distribution dimensionnelle des grains.
Eau
Il est important de respecter la qualité de l’eau, sa quantité et la température de la pulpe. Particulièrement, pour le cas des sulfures, la qualité de l’eau a relativement peu d’importance, car ces solides sont naturellement hydrophobes. Et pour la flottation des oxydes, silicates et minéraux de type sels, les cations dissous tels que Ca2+, Mg2+ et les cations de métaux lourds doivent parfois être éliminés avant le conditionnement.
Densité de la pulpe
Dans toutes opérations de flottation, la pulpe est généralement diluée de 15 à 30% de solide en poids.
pH
Le pH joue un rôle important dans le procédé de flottation. La concentration en ions d’hydrogène dans la pulpe est notable pour le contrôle de l’imbibition des corps colloïdaux. Les ions OH- ou H+ peuvent changer considérablement la solubilité soit des réactifs soit des composés formés à la surface des minéraux. Certains produits chimiques dispersent ou floculent les minéraux et leurs gangues suivant la concentration en ions OH- ou H+.
Les réactifs
L’addition d’une ou plusieurs réactifs assure le bon conditionnement de la pulpe. Il peut modifier considérablement le comportement de la surface du solide afin d’obtenir des effets sélectifs. Ces additifs (réactifs chimiques) qu’on utilise sont : les collecteurs ou surfactants, les moussants, les activant et /ou les dépresseurs et les régulateurs.
Les collecteurs ou surfactants
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. Ils augmentent le caractère hydrophobe des particules à flotter. Toutes fois les collecteurs sont introduits dans la pulpe pendant la phase dite conditionnement pour qu’ils soient bien efficaces. Exemples des collecteurs :
– alkyl xanthates
– gazole
– les acides carboxyliques (acides gras), de formule R-COO et leurs sels (carboxylates). L’oléate de sodium (C17H33COOH) est le plus utilisé.
– les alkylsulfonates : RSO3Na
– les alkylsulfates : ROSO3Na
– les amines et les sels d’amines (chlorhydrate, par exemple), avec R> C10 et R’ une chaîne méthyl : primaires RNH3Cl ; secondaires RR’NH2Cl ; tertiaires R(R’)2NH2Cl ; ammoniums quaternaires R(R’)3NH2Cl.
Propriétés physiques
Les collecteurs sont généralement des composés hétéropolaires. Comme il est possible de le constater à la figure ci-après, la partie polaire est adsorbée à la surface de la particule tandis que la partie non-polaire est orientée vers l’extérieur afin d’exposer une surface hydrophobe .
L’activité des collecteurs varie grandement en fonction du pH. Celui-ci doit être ajusté par l’ajout d’une base ou d’un acide. La valeur optimale de pH dépend de la nature du minéral (ou substance) qui doit être concentré par flottation ainsi que du collecteur utilisé.
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Table des matières
INTRODUCTION
CHAPITTRE I : GENERALITES SUR LA FLOTTATION
I.1. DEFINITION
I.2. HISTORIQUE DU PROCEDE ET DOMAINE D’APPLICATION
I.3. PRINCIPE DE FLOTTATION
I.4. TECHNIQUE DE FLOTTATION
I.4.1. Préparation de la pulpe
I.4.2. Les réactifs
CHAPITRE II : LES MACHINES DE FLOTTATION
II.1. LES MACHINES A AGITATION MECANIQUE
II.1.1. Zone d’agitation
II.1.2. Zone de séparation
II.1.3. Zone de concentration ou zone d’écume
II.2. LES COLONNES DE FLOTTATION
CHAPITRE III : ETUDE THEORIQUE DE LA COLONNE DE FLOTTATION ET LES PHENOMENES DE SURFACE
III.1. CINETIQUE DE FLOTTATION
III.2. CIRCUIT DE FLOTTATION
III.3. LES PHENOMENES DE SURFACE
III.3.1. tension superficielle et hydrophobicité de surface
III.3.2. Le mouvement ascendant
a) Nombre de Reynolds et le régime d’écoulement
b) Inventaire des forces
III.3.3. Phénomène électrique
III.4. Les principaux minéraux séparés par la colonne de flottation
CHAPITRE IV : CONCEPTION DE L’APPAREIL
IV.1. LES DIFFERENTES PARTIES DE L’APPAREIL
IV.1.1. Le corps de la colonne
IV.1.2. Le système de génération des bulles
IV.1.3. Le système d’alimentation en pulpe
IV.1.4. Le système de récupération et le rejet
IV.1.5. Le système d’ajout d’eau de lavage
IV.1.6. Le compresseur
IV.2. MATERIAUX DE CONSTRUCTION
IV.3. VARIABLES DU PROCEDE
IV.3.1. Débit de rejet
IV.3.2. Débit d’eau de lavage
IV.3.3. Débit d’air comprimé
IV.3.4. Débit d’eau de cisaillement du barboteur
III.3.5. Taux de rétention de gaz
CHAPITRE V : DIMENSIONNEMENT ET CONFECTION
V.1. DIMENSIONNEMENT
V.1.1. Dimensionnement de la colonne
V.1.2. Dimensionnement de la cuve d’alimentation
V.2. CONFECTION DES DIFFERENTES PARTIES DE L’APPAREIL
V.2.1. Cuve d’alimentation
V.2.2. Pomme de douche
V.2.3. Pied
V.2.4. Barboteur
V.3. COUT DE LA FABRICATION DE L’APPAREIL
CONCLUSION
