Soutenance mémoire
La croissance industrielle durant les deux derniers siècles a nécessité des quantités considérables de matières premières minérales 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 des bulles d’air. L’utilisation des matériels plus performants est alors inévitable. Mais le coût d’acquisition de ces appareils, ainsi que l’énergie qu’ils dépensent sont élevés. Ce qui nous amène à l’élaboration des projets de conception et de réalisation des appareils qui s’utilisent à moindre coût et s’adaptent aussi bien à l’échelle laboratoire qu’à l’échelle industrielle.
GENERALITES SUR LE TRAITEMENT DES MINERAIS
Définition du traitement des minerais
D’une façon générale, les minerais tels qu’ils sont extraits de la mine sont appelés minerais tout-venant ou tout-venant. Ils contiennent sous forme combinée un ou plusieurs minéraux utiles associés à un ou plusieurs minéraux sans valeur qui constituent la gangue. Le recours aux procédés minéralurgiques ou opérations de séparation est donc indispensable. Le traitement de minerai est défini comme étant l’ensemble des procédés de préparation, de séparation et de concentration des espèces minérales ou des éléments chimiques de valeur, à partir d’une matière brute du sous sol en vue d’obtenir un concentré à destination industrielle.
Les procédés de préparation sont constitués par les opérations de fragmentation et les opérations de classement. La fragmentation consiste en une réduction granulométrique à partir des opérations mécaniques (concassage et broyage). Et le classement vise à séparer l’espèce ciblée des autres éléments du minerai en réalisant une distribution en diverses catégories, selon leur taille et leur pureté. Les procédés de séparation et/ou de concentration constituent l’étape finale de la minéralurgie. Ils ont pour but la séparation totale des substances valorisables de leur gangue.
Quelques exemples de séparation des minéraux utiles
La séparation peut se faire de plusieurs manières. Les méthodes les plus utilisées sont les suivantes:
– la sédimentation : opération utilisant les phénomènes régis par les lois de mouvement des solides dans les fluides. Exemple : décantation, centrifugation, cyclonage, utilisant des centrifugeuses ou des cyclones.
– la séparation gravimétrique et/ou volumétrique dont l’objectif principal est de séparer les solides selon leur densité et leur taille, utilisant par exemple des tables vibrantes ou des spirales.
– la séparation magnétique ou électrique qui est une méthode utilisant un système magnétique ou électrique pour séparer les particules présentant des propriétés magnétiques différentes, en utilisant par exemple des séparateurs électromagnétiques.
– la lixiviation qui est une technique d’extraction de produits solubles. Elle consiste à séparer une substance soluble d’une structure solide en l’incorporant à une préparation liquide qui facilite son extraction. Le lixiviat, liquide que produit l’opération, peut ensuite être traité pour en extraire les substances dissoutes.
– la biolixiviation qui est un procédé biotechnologique mettant en œuvre des microorganismes pour extraire des métaux d’un minerai. Elle consiste à utiliser, au cours des opérations d’extraction, des micro-organismes pour extraire, à partir de minerais, des métaux et minéraux. L’industrie minière se sert, pour le raffinage de minerais, de micro-organismes et de leur capacité naturelle de digérer, d’adsorber et de modifier la qualité de différents produits chimiques et métaux.
Pour la lixiviation chimique, on se sert d’une solution chimique pour traiter la substance soluble, alors que pour la biolixiviation, on utilise des bactéries.
– la séparation par flottation ou flottation qui est un procédé exploitant l’affinité des surfaces hydrophobes (naturelles ou stimulées) des particules pour les bulles d’air afin d’effectuer une séparation en utilisant des cellules de flottation.
La flottation
Définition
La flottation est un procédé de séparation ou de concentration des particules minérales de valeur d’un minerai utilisant les différences de propriétés des interfaces entre les solides, une solution aqueuse et un gaz habituellement de l’air.
Principe
Le principe de la flottation des minerais est le suivant: les particules solides sont mises en suspension par agitation dans l’eau après qu’un broyage en milieu 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 chimique 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.
La pulpe ainsi conditionnée est introduite dans des réacteurs munis d’agitateurs aérés (cellules de flottation) ou d’injecteur d’air (colonnes de flottation) ou d’électrodes (électroflottation) générant des bulles d’air en 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 surnageant 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.
On peut donc définir plusieurs opérations élémentaires lors du processus de flottation :
– conditionnement de la pulpe: hydrophobisation des surfaces des particules par des réactifs chimiques ;
– 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.
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Table des matières
INTRODUCTION
PARTIE I. GENERALITES ET ETUDES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE I. GENERALITES SUR LE TRAITEMENT DES MINERAIS
I. Définition du traitement des minerais
II. Quelques exemples de séparation des minéraux utiles
III. La flottation
III.1. Définition
III.2. Principe
CHAPITRE II. APERÇU GENERAL SUR LA FLOTTATION
I. Théorie de la flottation
I.1. Les phénomènes intervenant à la flottation
I.2. Influence de la température
I.3. Influence de la pression
I.4. Influence de la composition de l’interface
I.5. Influence de la concentration en hydrogène (pH) dans la pulpe
II. Technique de flottation
II.1. Agitation
II.2. Emploi des réactifs
III. Conditions de flottation
III.1. Généralités
III.2. Mélange des solides et des fluides
III.3. Mélange triphasique (eau+air+réactif)
IV. Caractéristiques et avantages de la flottation
V. Importance de la flottation
VI. Domaines d’emploi de la flottation
CHAPITRE III. TECHNOLOGIE DES CELLULES DE FLOTTATION
I. Description générale d’une cellule de flottation
II. Classification des cellules de flottation
II.1. Les cellules de flottation mécanique
II.2. Les cellules de flottation pneumatique
III. Types d’appareils utilisés dans l’industrie minière
PARTIE II. CONCEPTION ET REALISATION DE L’APPAREIL DE FLOTTATION
CHAPITRE I. CONCEPTION THEORIQUE
I. Cinétique de flottation
II. Modèle de distribution des constantes cinétiques
II.1. Influence des paramètres liés aux particules
II.2. Influence des paramètres opératoires de la cellule de flottation
II.3. Influence des bulles d’air
III. Phénomènes intervenant dans les différentes zones de l’appareil
III.1. Zone d’agitation
III.2. Zone de séparation
III.3. Zone de concentration
CHAPITRE II. MISE AU POINT DE L’APPAREIL
I. Mise au point de l’appareil
I.1. Les différentes parties de l’appareil
II. Données numériques
II.1. Alimentation en eau
II.2. Alimentation en air
CHAPITRE III. DIMENSIONS ET PRESENTATION DE L’APPAREIL
I. Choix des matériaux et dimensionnement
I.1. Choix des matériaux
I.2. Dimensionnement
II. Description générale
III. Présentation de la cellule
PARTIE III. ESSAIS, RESULTATS ET INTERPRETATIONS
CHAPITRE I. ESSAIS
I. Essais à blanc
II. Essais de flottation
II.1. Manipulation de l’appareil
II.2. Essai de flottation du charbon de terre
II.3. Essais de flottation du graphite
III. Observations et interprétation
III.1. Phénomènes observés
III.2. Interprétation des résultats
CHAPITRE II. BILAN DE L’APPAREIL DE FLOTTATION
I. Rendement en poids
II. Ventilation du coût de l’appareil
III. Points forts et points faibles de l’appareil
IV. Fiche technique de l’appareil
V. Entretien
CONCLUSION
