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République du Niger

Ministère de l’enseignement supérieur, de la recherche scientifique et de l’innovation

Institut Universitaire de Technologie

Département de Technologie en Génie Pétrolier

Niveau : 2ème année

EXPOSE DE TRAITEMENT ET VALORISATION DES MINERAIS

Chargé du cours : Mr BADAMASSI Ibrahim

Thème : le procédé de séparation par Flottation

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Présenté par :

1. ALI ASSOUMANE Mamane Bachir

2. MALAM OUMAROU SOUMAYLA Maman Rabiou

3. LASSANE KAIGAMA Chaibou

4. HAMISSOU MOUSSA Abdoul Fataou

5. GARBA IBRAHIM Noura

6. GARBA MAIBORI ATTA Mohamed

7. KARIMOU AMADOU Abdoul Kader

8. IBRAHIM BUIRGUI Souley

9. SANI OUSMANE Mamane Bachir

10. SALISSOU BRAH Maman Hamissou

11. MOUSTAPHA MAHAMANE Lamine

12. MAMAN BACHIR MANI Abdoul-Razak

13. MAAZOU SANI Laouali

14. ASSOUMANA ALASSAN Idrissa

15. MAMAN IBRAHIM Salissou

16. MOUNKAILA YACOUBA Mahamadou

Zinder, Décembre 2015

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PLAN DE L’EXPOSE

INTRODUCTION

I. PRESENTATION GENERALE

1. Historique

2. Les différents types de flottation

3. Les principaux minéraux pouvant être séparés par flottation

II. OBJECTIF DE LA FLOTTATION

III. PRINCIPE DE LA FLOTTATION

IV. EQUIPEMENTS ET MACHINES DE FLOTTATION

V. CIRCUIT DE FLOTTATION

VI. REACTIFS DE FLOTTATION

1. Collecteur

2. Activants et déprimants

3. Modificateur de PH

4. Moussant

VII. STRATEGIE D’AJOUT DE REACTIF

1. Dosage

2. Distribution

CONCLUSION

BIBLIOGRAPHIE

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INTRODUCTION La flottation est un procédé utilisé couramment pour la concentration des minéraux

Sulfurés. La problématique du processus de séparation réside dans la capacité à

récupérer au maximum les particules des minéraux de valeur quelque soit leur

dimension. Au fil des années, le défi est toujours présent malgré l'apparition de

nouvelles technologies et l'engouement face au développement de nouveaux

réactifs, plus sélectifs et plus puissants, mais souvent plus coûteux. Il faut

comprendre que la solution n'est peut-être pas dans la mise en place de nouvelles

technologies, mais dans une meilleure compréhension du processus de flottation.

Dans la suite de notre travail nous verrons l’objectif de la flottation, son principe, les

équipements et machines utilisés, le circuit de flottation, les réactifs de flottation et

enfin les stratégies d’ajout de réactif.

I. PRESENTATION GENERALE

1. Historique

Le procédé de ottation 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 (ex. sul te) de la gangue. Au début du XXème siècle, la ottation a

été utilisée dans le traitement des eaux pour récupérer des corps de densité

inférieure à celle de l’eau (ex. huile, bres de papier). A partir des années 1960, la

ottation a été employée comme un procédé alternatif à la sédimentation dans le

traitement d’eaux potables et d’eaux usées pour traiter des eaux peu turbides,

colorées et concentrées en algues ou acides fulviques. Actuellement, la ottation est

également utilisée de manière intensive pour l’épaississement des boues.

2. Les différents types de flottation

Dans la famille des procédés de ottation, deux grands types peuvent être distingués

suivant le diamètre des bulles utilisées pour e ectuer la séparation.

a. La flottation à l’air induit (FAI)

Ce procédé est surtout utilisé en minéralurgie, mais pas couramment dans le

domaine du traitement des eaux, excepté dans le domaine pétrolier et dans les

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traitements primaires d’eaux résiduelles. La dispersion d’air sous forme de bulles

peut être réalisée par :

– agitation mécanique : l’air est introduit dans la cellule sous le rotor d’une turbine

par une conduite. Une forte agitation turbulente peut créer des bulles de 0.2 à 2 mm

de diamètre. La vitesse ascensionnelle est d’environ 200 mm.s 1(Degremont, 2005);

– distributeurs poreux : l’air est introduit en traversant des ori ces, par exemple des

membranes souples percées ou des matériaux céramiques poreux. Les bulles

créées sont relativement grosses (dB = 2 4 mm).

b. La micro-flottation

Comme son nom l’indique, ce procédé repose sur la production de nes bulles a n

d’augmenter la concentration en bulles et de garder une faible vitesse ascensionnelle

des bulles. D’après Gregory & Zabel (1990), à cette condition, le rendement de

séparation est maximal. Les nes bulles peuvent être produites par les méthodes

suivantes :

– Flottation à air dissous (DAF) : les microbulles (dp = 40 80 µm, c’est à dire d’un

diamètre 100 fois inférieur à celles produites en FAI) sont obtenues par détente

d’une solution enrichie en air dissous sous une pression de quelques bars. Les

procédés de ottation à air dissous peuvent fonctionner à une grande vitesse

super cielle comprise entre 5 12 m.h 1.

– Flottation électrique : cette technique repose sur l’électrolyse de l’eau. Les nes

bulles (dp = 10 40 µm) d’hydrogène et d’oxygène sont générées au niveau des

électrodes.

– Flottation chimique : elle est souvent utilisée pour le traitement des eaux usées.

Suivant la nature de l’e uent, les bulles peuvent être obtenues à partir de la

fermentation des matières organiques ou de l’acidi cation d’une solution de

carbonates ou de bicarbonates.

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1. Les principaux minéraux pouvant être séparé par flottation

II. OBJECTIF DE LA FLOTTATION

La flottation est un procédé de séparation qui suit l'exploitation d'un minerai et sa

fragmentation. La flottation précède les opérations d'épaississage et de séchage des

concentrés et permet de séparer les minéraux de valeur de la gangue comme peut le

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faire un procédé de séparation gravimétrique. 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 métallurgiste, 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.

III. PRINCIPE DE LA FLOTTATION

La ottation est une opération unitaire utilisée pour séparer des particules solides ou

liquides (phase dispersée) d’une phase liquide (phase continue). Le principe repose

sur la capture de corps en suspension dans une pulpe à traiter, par des collecteurs

ottants, le plus souvent des bulles d’air. Si les particules mises en contact avec les

bulles sont captées par ces dernières, elles peuvent monter à la surface de la cellule,

où ces agglomérats sont retenus dans une mousse qui est ensuite évacuée du

procédé par déverse ou raclage. La séparation peut être sélective. Ce procédé fait

appel à la di érence de masse volumique entre les deux phases en présence.

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’e ectue automatiquement, est dite naturelle;

– si la masse volumique de la phase dispersée est légèrement inférieure à celle de la

phase continue, la ottation 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 arti ciellement réduite, la ottation est dite provoquée. La qualité

de la ottation provoquée dépend surtout des interactions physico-chimiques et

hydrodynamiques entre les trois phases solides, liquide, gaz.

IV. EQUIPEMENTS ET MACHINES DE FLOTTATION

Les cellules mécaniques et les colonnes sont les machines de flottation les plus

utilisées dans l'industrie minérale malgré l'arrivée depuis quelques années des

nouvelles technologies dérivées des principes de base de la colonne de flottation

comme la cellule Jameson. Les cellules mécaniques représentent les premiers

modèles de machine de flottation utilisée dans l'industrie minérale et sont parmi les

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plus utilisées aujourd'hui. Une cellule agitée mécaniquement est montrée à la figure

1. La cellule comporte une cuve rectangulaire à l'intérieur de laquelle on retrouve un

agitateur muni d'un dispositif permettant d'introduire l'air dans la cellule. Le réacteur

met en suspension les particules pour obtenir un mélange homogène eau-particules,

favorisant l’introduction et la dispersion des bulles d'air dans la pulpe afin de

maximiser la probabilité de contact bulles-particules.

Figure 1 : Cellule mécanique de flottation @bas and Davenport, 1994)

La cellule de laboratoire est utilisée pour étudier à petite échelle les différents

phénomènes associés à la flottation dans des cellules agitées mécaniquement. Cette

cellule permet d'évaluer en laboratoire les performances en séparation de différentes

conditions opératoires difficiles à expérimenter à pleine échelle sans des

investissements importants. La cellule de la figure 2 comporte un agitateur entrainé

par un moteur électrique. L'agitateur est plongé dans une cellule. La taille de la

cellule est variable et est choisie selon l'application. L'air est injecté dans la cellule à

la base de l'agitateur par aspiration à travers l'axe de l'agitateur.

La flottation à l'aide d'une cellule de laboratoire est un procédé discontinu. On doit

dans un premier temps broyer le minerai avec de l'eau et ensuite transférer le

mélange dans Ia cellule. Les réactifs sont ajoutés et le mélange pulpe-réactif est

conditionné pour une période temps prédéfinie. L'injection d'air permet d'amorcer la

flottation. On récupère par la suite les concentrés par raclage de l'écume à différents

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intervalles de temps comme par exemple 0-30 secondes, 30-60 secondes, 1-2

minute et 24 minutes. Entre la récupération de chaque concentré, l’admission d'air

est fermée et le niveau de la pulpe est ajusté à son niveau original avec de l'eau.

Une fois le dernier concentré produit, les rejets et concentrés sont filtrés, séchés et

envoyés pour analyse.

Figure 2 :Cellule de laboratoire (tirée de "Denver equipment Company builetin")

V. CIRCUIT DE LA FLOTTATION

À l'échelle industrielle, la pulpe est alimentée en continu dans des bancs de cellules.

La pulpe peut avoir subi préalablement une étape d'aération ainsi qu'une période de

conditionnement suite à l'ajout des réactifs. Les concentrés sont extraits en continu

par débordement de l'écume des cellules et les rejets sont acheminés par gravité aux

étapes subséquentes du traitement. Un circuit de flottation industriel est composé de

plusieurs regroupements de cellules de flottation en série appelés bancs de cellules.

Un banc comporte en général de 4 à 8 cellules. Le trajet que suit la pulpe et les

concentrés à l'intérieur du circuit varie d’un procédé à l'autre. La figure 3 présente un

arrangement de bancs de cellules pour l'ébauchage et l'épuisage d'un concentré.

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Figure 3 : Circuit de flottation industriel

Les étapes d'ébauchage et d'épuisage maximisent la récupération du minéral de

valeur. Les concentrés d'ébauchage et d'épuisage récupérés sont acheminés vers

l'étape de nettoyage qui produit le concentré final dont la teneur est acceptable pour

la fonderie. Les rejets des cellules de nettoyage font souvent l'objet d'une

recirculation à l'intérieur du procédé.

VI. REACTIFS DE FLOTTATION

Les réactifs de flottation représentent une partie importante des coûts du processus

de traitement et sont utilisés à différentes étapes du procédé pour assurer la

séparation. Selon la composition du minerai à traiter, les stratégies d'addition des

réactifs peuvent être très diversifiées. La flottation fait appel à 5 types de réactifs : le

collecteur, I ‘activant le déprimant et les régulateurs de pH agissent à la surface des

minéraux, alors que le moussant agit sur l'hydrodynamique du système pulpe-

écume.

1. Collecteur Les collecteurs codèrent l'hydrophobicité à la surface des minéraux à récupérer de

façon à permettre leur séparation des minéraux de gangue. Les collecteurs sont des

produits chimiques aux molécules complexes. Ils comportent une première

composante responsable de l'attachement du produit à la surface de la particule soit

par réaction chimique ou par attraction électrostatique. La deuxième partie est une

chaîne organique immiscible dans l'eau qui induit l'hydrophobicité à la particule.

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2. Activants et déprimants

Les Activants et déprimants sont utilisés pour modifier la réactivité de la surface des

particules vis-à-vis du collecteur. Lorsque les collecteurs ne réagissent pas avec la

surface des minéraux cibles, la séparation est impossible. Un activant permet de

modifier la nature chimique de la surface de ce minéral favorisant l'adsorption du

collecteur. Contrairement à l'activant, le déprimant empêche le collecteur de réagir

avec la surface d'une particule de gangue qui conserve ainsi son caractère

hydrophile.

3. Modificateur de pH

Les modificateurs de pH font partie des produits utilisés pour modifier les interactions

minéraux/collecteur. Selon l'alcalinité de la pulpe de nouveaux composés se forment

à la surface des minéraux et réduisent ou activent l'adsorption des collecteurs. En

règle générale, la flottation des sulfures est effectuée en milieu alcalin car la plupart

des collecteurs y sont plus stables en plus de minimiser les problèmes de corrosion

des équipements. La chaux et le bicarbonate de sodium sont fréquemment utilisés

comme modificateurs de pH.

4. Moussant

Le moussant est un réactif, peu soluble dans l'eau, possédant une chaîne organique

assez longue qui permet de diminuer la tension de surface de l'eau. L'addition de

moussant favorise la production de bulles d'air fines et d'une écume stable.

Idéalement le moussant ne doit pas réagir avec la surface des particules.

VII. STRATEGIE D’AJOUT DES REACTIFS

Une stratégie d'ajout des réactifs caractérise la quantité et la façon dont les réactifs

sont ajoutés dans un circuit de flottation. Les variantes résident dans le choix des

réactifs, du dosage et de la distribution. Ces deux dernières composantes sont

stratégiques pour ce projet d'étude.

1. Dosage

L'ajout d'un réactif dans une unité de flottation est basé sur la quantité de minerai

alimentée au circuit et est souvent exprimé en grammes de réactif par tonne de

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minerai. Le dosage des réactifs est une variable de contrôle stratégique. Lorsque le

rendement métallurgique est à la baisse, on augmente le dosage du collecteur ou du

moussant. Cependant un surplus de collecteur peut favoriser la flottation d'espèces

non désirées réduisant ainsi la sélectivité du procédé. De la même façon, une

quantité trop élevée de moussant peut causer une augmentation de l'entraînement

des particules. À l'opposé, une quantité insuffisante de collecteur réduit la capacité

de flottation et l'utilisation restreinte du moussant peut causer une instabilité de

l'écume et une diminution de la récupération des minéraux de valeur. L'opérateur doit

donc tenir compte de tous ces facteurs afin d'ajuster les dosages de réactifs de façon

à maintenir les performances de l'unité de flottation. Sa tâche est plus complexe

lorsque des activants et/ou déprimants sont utilisés pour la flottation.

2. Distribution

Les réactifs peuvent être ajoutés à différents endroits du circuit. On retrouve parfois

des points d'injection pour le collecteur et le régulateur de pH au broyage permettant

ainsi de maximiser le temps de conditionnement. Cependant, la majeure partie du

collecteur et du moussant est ajoutée dès la première étape de l'ébauchage et une

plus faible partie est distribuée dans les bancs de cellules subséquents. La figure 4

présente une possible distribution de réactifs dans un banc ébauchage-épuisage ou

X % est ajouté à l'ébauchage, Y% et Z% dans les deux bancs d'épuisage.

Figure 4 : Distribution des réactifs le long d'un banc de flottation

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Ce projet porte sur l'effet de la distribution du collecteur et du moussant le long des

bancs débauchage et d'épuisage, dans le cas où il n'y a pas d'ajout à l'étape de

broyage et l'étude n'est pas généralisée au circuit de nettoyage pour lequel

l'alimentation contient des particules déjà hydrophobes. En industrie, la distribution

des réactifs est effectuée dans certains cas à l'aide d'un distributeur rotatif composé

d'entonnoirs de différentes dimensions et amovibles permettant l'ajustement des

proportions envoyées dans chaque partie du circuit. Chaque banc de cellules est

relié par une conduite au distributeur à partir duquel on peut décider d'interrompre ou

d'augmenter la proportion alimentée. La figure 5, montre le schéma d'un système de

distribution.

Figure 5 :Distribution au banc de cellules

CONCLUSION

A la lumière de ce qui précède, l’on déduit que la flottation est un procédé qui se

base sur les différences entre les propriétés physico-chimiques du minerai précieux

et de la gangue. En effet elle utilise le caractère hydrophile et hydrophobe des

minerais, fondamentaux pour l’exécution du procédé.

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Bibliographie

Bleier, A., Goddard, E.D., Kulkarni, R.D., 1977. Adsorption and critical otation

conditions. Journal of Colloid and Interface Science 59 (3), 490–504.

Bloom, F., Heindel, T.J., 2002. On the structure of collision and detachment

frequencies in otation models. Chemical Engineering Science 57, 2467–

2473.

www.techniques-ingenieurs.com/minerallurgie/procédésdeseparation

www.wikipedia.com/flottation

Thèse de doctorat sur : cacité de Capture dans les Procédés de Flottation, présenté par HUANG Zhujun