Soutenance mémoire
MEMOIRE DE FIN DE CYCLE présenté et défendu en vue de l’obtention du grade de master en sciences appliquées (MSc)
Option : Procédés Industriels Inorganiques
Ce travail vise à valoriser par flottation les rejets de concentration gravimétrique par spirales de l’usine de Kamfundwa stockés dans une digue de faible capacité dont une partie est actuellement vendue à une société partenaire à la Gécamines et une autre quantité assez considérable est rejetée dans la rivière Mulungwishi.
L’usine HMS de Kamfundwa est constituée principalement de 3 modules ci-après :
– Le module de concassage, lavage, et triage de minerais appelé front end ;
– La concentration gravimétrique DMS par liqueur dense (FeSi) pour des particules comprises entre 1 et 19 mm ;
– L’enrichissement gravimétrique par spirales pour les particules inférieures à 1 mm.
Le traitement des minerais de Kamfundwa titrant 2-3 % Cu produit au DMS un concentré de 10-15 % Cu, et par enrichissement spirales un concentré de 6-10 % Cu, les deux concentrés étant acheminés à KVC pour un simple broyage avant de les transporter au circuit hydrométallurgique de Shituru pour la production des métaux valorisables. Dans les deux cas (DMS et spirales), les rendements de récupération cuivre sont faibles, à peine 30-40 %. Pour accroitre ces derniers, la Gécamines récupère les rejets DMS de teneurs 1.5 à 2 % Cu pour constituer un heap leaching (arrosage en tas par l’acide sulfurique) où la liqueur obtenue est acheminée par camion-citerne aux usines hydrométallurgiques de Shituru. Seuls les rejets de concentration par spirales titrant 1 à 1.8 % Cu qui ne sont pas actuellement valorisés, une partie est vendue à l’état brut et une autre échappant au contrôle est déversée dans la rivière Mulungwishi.
D’où la raison d’être de notre étude pour définir les conditions optimales de traitement de ces rejets par flottation au concentrateur de Kambove en passant par une méthode statistique de plan d’expérience de Taguchi et une comparaison avec ajout distinct de deux collecteur CYTEC, et de dégager ainsi une étude de rentabilité économique. Hormis l’introduction et la conclusion, ce présent travail comporte 3 grandes parties. La première, reprend la synthèse de la revue bibliographique sur le procédé de flottation à la mousse. La seconde, expérimentale, comporte la procédure expérimentale utilisée pour la valorisation de ces rejets et présente les résultats ainsi que leurs analyses. La troisième partie, sur base des meilleurs résultats obtenus en essais de laboratoire, procède à une analyse financière de rentabilité économique de traitement des rejets spirales au concentrateur de Kambove resté à l’arrêt depuis bientôt 10 ans entrainant un cout considérable d’investissement pour sa réhabilitation.
GENERALITES SUR LA FLOTTATION A LA MOUSSE
La flottation est un procédé physico-chimique de concentration, qui date du début du 20e siècle. C’est un procédé qui fait appel à des réactifs chimiques pour séparer les matières solides en pulpe. La flottation à la mousse est la plus utilisée dans les applications industrielles et elle est basée sur la formation d’un agrégat entre une bulle d’air et un ou plusieurs solides rendus hydrophobes et aérophiles par l’action de réactifs chimiques spécifiques appelés collecteurs. Les bulles d’air captent les particules hydrophobes, puis les entraînent à la surface de la pulpe. Elles sont stabilisées par des réactifs qui s’adsorbent à l’interface liquide-gaz appelés moussants.
La flottation est un processus de concentration très répandu qui implique d’importants coûts d’opération. La principale contribution à ces coûts est liée à la consommation des réactifs qui fait l’objet de constants efforts d’optimisation. L’objectif de la flottation est de concentrer un minéral de valeur, souvent en faible concentration dans le minerai traité, tout en maintenant un rendement optimum. La problématique industrielle, qui représente le défi de l’ingénieur, est de déterminer les conditions opératoires qui vont permettre d’obtenir des résultats en récupération et en teneur qui maximisent le rendement économique de l’usine.
Définition et principe
La flottation est un procédé qui fait appel à des réactifs chimiques pour séparer les matières solides en pulpe. La flottation à la mousse est la plus utilisée dans les applications industrielles et elle est basée sur la formation d’un agrégat entre une bulle d’air et un ou plusieurs solides rendus hydrophobes et aérophiles par l’action de réactifs chimiques spécifiques appelés collecteurs (Kitobo, 2009). Le processus de flottation constitue un ensemble complexe de phénomènes qui ne sont pas tous éclaircis actuellement. Ces difficultés résultent du nombre assez élevé de paramètres qui interviennent dans le processus de flottation. On recourt souvent à des observations expérimentales pour expliquer certains phénomènes .
Le processus de la flottation est le résultat d’une combinaison de phénomènes complexes liés à un grand nombre de variables qui interviennent à des degrés divers et aux multiples interactions entre ces variables. Les variables les plus importantes sont (Ek, 1978 ; Bouchard, 2001 ; Wills, 2001) :
– la granulométrie des particules à flotter, généralement comprise entre 10 et 100µm;
– la densité de la pulpe comprise en pratique entre 20 et 30 % de solides ;
– la nature et la dose des réactifs (collecteur, activant, déprimant et agent moussant);
– le temps de conditionnement des réactifs ;
– le pH de la pulpe ;
– le temps de flottation.
Pour pouvoir employer cette technique, il faut réunir trois conditions essentielles (Blazy et al, 2001) :
– obtention de bulles d’air stables pouvant former une mousse ;
– adhésion des minéraux à flotter aux bulles d’air ; non adhésion aux bulles d’air des particules que l’on ne veut pas flotter et mouillage de ces particules par l’eau et
– lévitation des minéraux valorisables accrochés aux bulles à la surface et leur récupération dans la mousse.
Si l’étude des paramètres qui régissent la flottation est complexe, le principe du procédé est simple : il consiste à séparer, après broyage, des particules minérales de diverse nature, immergées dans une solution aqueuse. La granulométrie, fonction de la maille de libération, étant généralement comprise entre 30 et 200 microns ; les particules à concentrer sont amenées à la surface du liquide par des bulles d’air et retenues un certain temps dans les écumes ainsi formées pour favoriser leur récupération (Blazy, 2001).
Polarité des minéraux
Lorsqu’on concentre les minéraux par des méthodes physiques, leur formule chimique a peu d’importance. Les propriétés d’intérêt sont plutôt macroscopiques, telle la masse volumique. En revanche, quand on concentre les minéraux par flottation, la formule chimique revêt une importance majeure, surtout si l’on désire comprendre ce qui se produit réellement. Ainsi, la classification des minéraux en sulfures, en oxydes, en silicates, en carbonates, et ainsi de suite, devient un préalable à la compréhension des mécanismes en cause (Bouchard, 2001). D’une façon générale, les minéraux ne sont pas flottables naturellement ; la flottabilité naturelle des minéraux est conditionnée par la densité et l’hydrophobicité du minéral (Bouchard, 2001).
Du point de vue de l’hydrophobicité naturelle des minéraux flottable on distingue (Bouchard, 2001) :
– minéraux non polaires : la surface se caractérise par des liens moléculaires faibles, incapables d’établir des liens avec les ions de l’eau (hydrophobes) ; Ex : charbon, graphite, soufre, molybdénite, talc, diamant et
– minéraux polaires : ont des liens ioniques ou covalents fort. La surface réagit vivement avec les ions ?+ et ??−. Naturellement hydrophiles, ils nécessitent des réactifs chimiques pour devenir hydrophobes.
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Table des matières
INTRODUCTION GENERALE
Chapitre I GENERALITES SUR LA FLOTTATION A LA MOUSSE
I.1. Introduction
I.2. Définition et principe
I.3. Etude des interfaces
I.3.1. Polarité des minéraux
I.3.2. Acquisition d’une charge de surface
I.3.3. Système solide-liquide-gaz : angle de contact
I.4. Réactifs de flottation
I.4.1. Collecteurs
I.4.2. Moussants
I.4.3. Réactifs modifiants
I.5. Flottation des minerais oxydés cuprocobaltifères du Katanga
I.5.1. Flottation des minéraux oxydés du cuivre avec les xanthates sans sulfuration
I.5.2. Sulfuration et flottation des minéraux oxydés du cuivre à l’aide des xanthates
I.6. Variables importantes de la flottation
I.7. Critères d’évaluation des résultats de flottation
I.7.1. Le rendement de récupération
I.7.2. Le rendement pondéral de concentration
I.7.3. Le taux de concentration
I.7.4. Indice de concentration
I.7.5. Courbe de sélectivité
I.8. Conclusion
Chapitre II MATERIEL ET METHODES
II.1. Origine de l’échantillon
II.2. Caractérisation du minerai
II.2.1. Echantillonnage
II.2.2. Caractérisation minéralogique et chimique
II.2.3. Caractérisation granulométrique
II.3. Essais de flottation discontinus en laboratoire
II.3.1. Méthode classique
II.3.2. Méthode statistique
II.4. Test de confirmation
II.5. Test de flottation avec ajout de collecteur de la firme CYTEC
II.6. Conclusion
Chapitre III PRESENTATION ET ANALYSE DES RESULTATS
III.1. Introduction
III.2. Résultats des essais de flottation en simple ébauchage effectué selon la table L16 du plan de Taguchi
III.2.1. Analyse des résultats suivant l’approche de Taguchi
III.2.2. Analyse de la variance (ANOVA)
III.3. Résultats des essais de confirmation
III.4. Résultats des essais de flottation en simple ébauchage avec ajout de collecteurs CYTEC
III.5. Effet de l’ajout des collecteurs CYTEC
III.6. Conclusion
Chapitre IV ETUDE ECONOMICO-FINANCIERE
IV.1. Introduction
IV.2. Evaluation économique
IV.2.1. Projet de valorisation des rejets spirales par flottation à KVC
IV.2.2. Vente directe des rejets spirales
IV.3. Conclusion
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES
ANNEXES
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