Maîtriser l'utilisation des réactifs de flottation : améliorer la précision de la détection de la composition minérale

Dans les domaines du traitement des minéraux et de l'analyse géologique, le choix judicieux des réactifs de flottation est crucial pour une détermination précise de la composition minérale. La flottation est un procédé physico-chimique largement utilisé pour la séparation et l'enrichissement des minéraux, reposant sur les différences de propriétés physico-chimiques de leurs surfaces. L'ajout de réactifs permet de moduler l'hydrophilie ou l'hydrophobie de ces surfaces, rendant ainsi possible la séparation des minéraux cibles de la gangue.

Cet article présentera une série de conseils opérationnels pratiques pour aider les techniciens de laboratoire et les ingénieurs miniers à optimiser le processus de flottation, améliorant ainsi la précision et la répétabilité des résultats des tests.

Commençons par les principaux types de réactifs de flottation : les collecteurs , les agents moussants et les modificateurs . Chaque réactif joue un rôle spécifique dans le processus de flottation. Les collecteurs augmentent l’hydrophobie des minéraux, favorisant leur fixation aux bulles d’air ; les agents moussants contribuent à stabiliser la couche de mousse, permettant ainsi de séparer facilement les minéraux enrichis de la suspension ; les modificateurs servent à ajuster le pH ou la force ionique de la suspension, créant ainsi des conditions optimales pour la flottation des minéraux.

Grâce aux progrès technologiques constants, les types et les applications des réactifs de flottation se diversifient. Leur sélection et leur utilisation appropriées permettent non seulement d'améliorer les taux et les teneurs en minerais récupérés , mais aussi de réaliser des économies substantielles en matière de protection de l'environnement et de maîtrise des coûts.

Comment utiliser correctement les réactifs de flottation ?

Types de réactifs

Les types de réactifs utilisés dans les usines de flottation dépendent de facteurs tels que les propriétés du minerai, le flux de traitement et la quantité de produits minéraux souhaités. Ils sont généralement déterminés par des tests de sélectivité du minerai ou des essais semi-industriels.

Les réactifs peuvent être classés en trois grands types en fonction de leurs fonctions :

1. Agents moussants : tensioactifs organiques qui se répartissent à l’interface eau-air. Ils servent à créer une couche de mousse permettant de faire flotter les minéraux. Parmi les agents moussants courants, on trouve l’huile de pin, l’acide crésylique et les alcools.

2. Collecteurs : Leur fonction est de capturer les minéraux cibles en modifiant l’hydrophobie de leur surface afin de permettre aux particules minérales en suspension d’adhérer aux bulles d’air. Selon leur nature, les collecteurs se divisent en collecteurs non polaires, anioniques et cationiques. Parmi les collecteurs couramment utilisés figurent les substances noires, jaunes et blanches, les acides gras, les amines grasses et les huiles minérales.

3. Modificateurs : Les modificateurs comprennent les activateurs et les inhibiteurs, qui modifient les propriétés des surfaces minérales et influencent l’interaction entre les minéraux et les collecteurs. Ils incluent également les agents utilisés pour altérer les propriétés chimiques ou électrochimiques du milieu aqueux, tels que les correcteurs de pH et l’état des collecteurs. Types de modificateurs :

• Correcteurs de pH : chaux, carbonate de sodium, acide sulfurique, dioxyde de soufre.

• Activateurs : sulfate de cuivre, sulfure de sodium.

• Inhibiteurs : chaux, sel jaune du sang, sulfure de sodium, dioxyde de soufre, cyanure de sodium, sulfate de zinc, dichromate de potassium, silicate de sodium, tanin, colloïdes solubles, amidon, polymères synthétiques, etc.

• Autres : agents mouillants, agents de flottation, solubilisants, etc.

Dosage du réactif

Le dosage des réactifs pendant la flottation doit être précis ; des quantités insuffisantes ou excessives peuvent affecter les indicateurs de traitement du minerai. Une utilisation excessive peut également augmenter les coûts de traitement.

Relation entre le dosage du réactif et les indicateurs de flottation :

• Un dosage insuffisant de collecteur peut entraîner une hydrophobie inadéquate des minéraux, réduisant ainsi les taux de récupération. À l'inverse, un dosage excessif peut diminuer la qualité du concentré et compliquer la flottation de séparation.

• Un dosage insuffisant de mousseur peut entraîner une mauvaise stabilité de la mousse, tandis qu'une quantité excessive peut provoquer des phénomènes de « débordement ».

• Un dosage insuffisant d'activateur peut entraîner une activation médiocre, tandis qu'un dosage excessif peut perturber la sélectivité du processus de flottation.

• Un dosage insuffisant d'inhibiteur peut abaisser la qualité du concentré, tandis qu'une quantité excessive peut supprimer les minéraux qui devraient flotter, diminuant ainsi les taux de récupération.

Préparation des réactifs

Les réactifs solides sont dilués dans des liquides pour faciliter leur ajout. Les réactifs insolubles dans l'eau, tels que le médicament jaune, le médicament noir d'amine, le verre soluble, le carbonate de sodium, le sulfate de cuivre et le sulfure de sodium, doivent être préparés en solutions aqueuses à des concentrations comprises entre 2 et 10 %. Les réactifs insolubles dans l'eau doivent être dissous dans un solvant avant d'être préparés en solution aqueuse pour addition, comme certains collecteurs d'amines directement ajoutables, comme l'huile n° 2, le médicament noir n° 31 et l'acide oléique. Pour les réactifs très solubles nécessitant des quantités importantes, les concentrations de préparation varient généralement entre 10 et 20 %, comme le sulfure de sodium, qui est préparé à 15 % lors de l'utilisation. Pour les réactifs peu solubles, des solvants organiques peuvent être utilisés pour les dissoudre avant de les préparer en solutions à faible concentration.

Le choix de la méthode de préparation des réactifs dépend principalement des propriétés des réactifs, du mode d'ajout et de leurs fonctions. Un même réactif peut présenter des différences significatives de dosage et d'effets selon la méthode de préparation. Les méthodes de préparation courantes comprennent généralement :

1. Préparation d'une solution aqueuse à 2 % à 10 % : La plupart des réactifs hydrosolubles sont préparés de cette manière (par exemple, le médicament jaune, le sulfate de cuivre, le silicate de sodium).

2. Dissolution dans un solvant : Certains réactifs insolubles dans l’eau peuvent être dissous dans des solvants spécifiques. Par exemple, le médicament blanc est insoluble dans l’eau mais peut être dissous dans une solution d’aniline à 10-20 %. Il est nécessaire de préparer préalablement une solution d’aniline avant de l’utiliser. De même, le médicament noir à l’aniline est insoluble dans l’eau mais peut être dissous dans une solution alcaline d’hydroxyde de sodium. Il faut donc préparer au préalable une solution alcaline d’hydroxyde de sodium avant d’ajouter le réactif afin d’obtenir une solution de médicament noir à l’aniline pour la flottation.

3. Préparation sous forme de suspension ou d'émulsion : Certains réactifs solides peu solubles peuvent être préparés sous forme d'émulsions. Par exemple, la chaux étant très peu soluble dans l'eau, elle peut être finement broyée en poudre et mélangée à de l'eau pour obtenir une suspension laiteuse (par exemple, du lait de chaux), ou bien ajoutée directement sous forme de poudre sèche dans le broyeur à billes ou la cuve d'agitation.

4. Saponification : La saponification est la méthode la plus courante pour la sélection des collecteurs d’acides gras. Par exemple, pour la sélection de l’hématite, on utilise comme collecteur un savon saponifié de paraffine et d’huile de goudron. Pour saponifier l’huile de goudron, il faut ajouter environ 10 % de carbonate de sodium lors de la préparation du réactif, puis chauffer la solution pour obtenir une solution savonneuse chaude.

5. Émulsification : L’émulsification peut être réalisée par ultrasons ou par agitation mécanique. Après émulsification, les acides gras et le gazole se dispersent mieux dans la suspension, ce qui améliore l’efficacité des réactifs. L’ajout d’agents émulsifiants permet d’accroître encore cette efficacité.

6. Acidification : Lors de l'utilisation de collecteurs cationiques, en raison de leur faible solubilité, ils doivent être prétraités avec de l'acide chlorhydrique ou de l'acide acétique avant de pouvoir se dissoudre dans l'eau pour la flottation.

7. Méthode par aérosolisation : Cette nouvelle méthode de préparation optimise l’action des réactifs. Elle consiste à aérosoliser les réactifs dans l’air à l’aide d’un dispositif de pulvérisation spécifique avant de les ajouter directement au bain de flottation. On parle alors de « méthode de flottation par aérosolisation ». Cette méthode améliore la flottabilité des minéraux utiles et réduit considérablement la quantité de réactifs utilisés. Par exemple, la dose de collecteurs peut être réduite d’un tiers à un quart, et celle d’agent moussant d’un cinquième.

8. Traitement électrochimique des réactifs : un courant continu est appliqué à la solution pour traiter chimiquement les réactifs de flottation, ce qui peut modifier l’état, le pH et le potentiel redox du réactif, augmentant ainsi la concentration des composants réactifs les plus activateurs, élevant la concentration critique pour la formation de colloïdes et améliorant la dispersion des réactifs peu solubles dans l’eau.

En général, les collecteurs et les mousseurs sont agités pendant 1 à 2 minutes, tandis que certains réactifs, comme le dichromate de potassium utilisé pour supprimer le plomb dans la séparation cuivre-plomb, peuvent nécessiter une agitation plus longue.

Emplacement d'ajout de réactif

Pour optimiser l'efficacité des réactifs de flottation, la pratique courante consiste à ajouter des agents d'ajustement, des inhibiteurs et des collecteurs (par exemple, du kérosène) dans le broyeur à boulets afin de créer un environnement de flottation adéquat le plus tôt possible. Les collecteurs et les agents moussants sont généralement ajoutés dans la première cuve d'agitation du procédé de flottation. S'il y a deux cuves d'agitation, l'activateur doit être ajouté dans la première, tandis que le collecteur et l'agent moussant doivent être ajoutés dans la seconde. Les points d'ajout varient en fonction du rôle des réactifs dans la machine de flottation. Par exemple, le sulfate de cuivre, le médicament jaune et l'huile de pin sont généralement ajoutés dans l'ordre suivant : le sulfate de cuivre est ajouté au centre de la première cuve d'agitation, le médicament jaune au centre de la seconde, et l'huile de pin à la sortie de la seconde. En général, les installations de flottation ajoutent d'abord des agents d'ajustement du pH pour amener la boue à un pH approprié avant de permettre au collecteur et à l'inhibiteur d'agir plus efficacement. Lors de l'ajout de réactifs, il est essentiel d'être conscient du risque que certains ions nocifs entraînent une inefficacité des réactifs. Par exemple, la réaction des ions cuivre avec les ions hydrure peut entraîner une inefficacité de ces derniers. Lors de la séparation cuivre-soufre, si le réservoir d'agitation contient de nombreux ions cuivre, le cyanure ne doit pas y être ajouté, mais doit être ajouté directement pendant le processus de séparation par flottation.

Ordre d'ajout de réactif

L'ordre typique d'ajout de réactifs dans les usines de flottation est le suivant : pour la flottation des minerais bruts, il doit s'agir d'ajusteurs de pH, d'inhibiteurs ou d'activateurs, de moussants et de collecteurs ; pour les minéraux qui ont été inhibés pendant la flottation, l'ordre est activateurs, collecteurs et moussants.

Méthodes d'ajout de réactifs

Il existe généralement deux méthodes d'ajout de réactifs : l'ajout centralisé et l'ajout dispersé. Le choix de la méthode d'ajout doit tenir compte à la fois du type de réactif et de son action.

1. Ajout centralisé : La plupart des réactifs sont ajoutés de manière centralisée ; par exemple, les collecteurs, les activateurs et les inhibiteurs sont ajoutés aux cuves d'agitation.

2. Ajout dispersé : Certains réactifs peuvent être ajoutés directement dans la cuve de flottation, notamment les réactifs volatils ou sensibles à d’autres réactifs. Par exemple, si les réactifs de flottation interagissent négativement (comme l’effet néfaste d’un excès de sulfure de sodium sur la flottation activée), il est possible de les ajouter directement dans la machine de flottation.

Conclusion

Grâce à une sélection, une préparation, un dosage et un ajout appropriés des réactifs de flottation, le traitement des minéraux et les analyses géologiques peuvent être optimisés, améliorant ainsi la précision et l'efficacité des tests et analyses. Ces conseils pratiques visent à aider les techniciens de laboratoire et les ingénieurs des mines à mieux utiliser les réactifs de flottation, améliorant ainsi l'efficacité opérationnelle et la fiabilité des résultats.