Les floculants Rheomax et Superfloc n100 dans un circuit - WikiMemoires

Les floculants Rheomax et Superfloc n100 dans un circuit


Les floculants Rheomax et Superfloc n100 dans un circuit
Université de LUBUMBASHI
Ecole supérieure des ingénieurs industriels

Département de génie des procédés chimiques et matériaux©
B.P : 1825

Travail de recherche présenté et défendu en vue de l’obtention du grade d’ingénieur bachelier
Approche d’un paramétrage des conditions optimales des floculants Rheomax et Superfloc n100 dans un circuit de décantation
Approche d’un paramétrage des conditions optimales des floculants Rheomax et Superfloc n100 dans un circuit de décantation : cas de Ruashi Mining

Présenté par: NYEMBWE MUKOTA Landry
NTAMBWE DIUR Ginola

Dirigé par :
Professeur ordinaire ILUNGA NDALA Augustin

Encadré par :
Assistant Mathieu KAYEMBE MUSALA

OCTOBRE 2019

Résumé

Ce travail présente les résultats d’une étude menée sur l’amélioration de la séparation solution-résidus des pulpes de lixiviation par décantation dans le circuit hydrométallurgique de l’entreprise Ruashi Mining en vue de réduire l’entrainement des particules solides dans la solution utile destinée à alimenter le circuit d’extraction par solvant du cuivre.
L’étude de la décantation a été menée comme suite : par l’influence de la dose des floculants Rheomax et Superfloc N100, la concentration des solides dans la pulpe ainsi qu’une étude de dimensionnement qui consistait à déterminer la hauteur, la surface, le volume et le diamètre du décanteur nécessaire.
Pour aboutir à cela, nous avons eu à réaliser au laboratoire de génie chimique de la faculté polytechnique les essais de sédimentation qui ont débuté par la détermination de la dose optimale pour chacun des floculants, ensuite est intervenue la recherche de la concentration des solides dans la pulpe qu’il nous faut pour avoir une meilleure sédimentation.
Avec les conditions optimales obtenues, une décantation statique a été réalisée et ces données nous ont permis de tracer la courbe de sédimentation pour chacun des floculants et enfin cette courbe nous a permis de mener nos études de dimensionnement du décanteur.
Les résultats des expérimentations sur la décantation nous ont montré que les dimensions du décanteur sont convenables avec les débits de la pulpe en alimentation et qu’ils nous ont montré également que pour assurer un bon déroulement des opérations de décantation, les conditions nécessaires ci-après doivent être respectées : une dose de floculant de 100 g/t pour chacun des floculants et une concentration des solides dans la pulpe de 12% pour l’utilisation du Rheomax et 10% pour l’utilisation du Superfloc N100.
Ces conditions décrivent que pour une alimentation d’un débit de 110 t/h de pulpe les décanteurs doivent avoir des caractéristiques ci-après ;
Pour le Rheomax : une hauteur de 2,2 m, une surface de 472, ainsi qu’un diamètre de 24 m.
Et pour le Superfloc N100, une hauteur de 2m, une surface de 391 et un diamètre de 22 m.

Abstract

This work presents the results of a study carried out on the improvement of the solution-residual separation of sludge lixiviation pulps in the hydromettallurgical circuit of Ruashi Mning to reduce the entrainement of solid particles in the useful solution for supplying the Copper solvent extraction circuit.
The decantation study was conducted as follows ;by the influence of dose of floculants Rheomax and Superfloc N100,the concentration of solids in the pulp as well as a study of dimensioning,which consisted of determining rhe height,area,volume and diameter of the decanter required.
To achieve this we had to performa t the faculty’s chemical engeneering laboratory polythecnic sedimentation tests that started with the determination of the dose optimal for each of floculants then intervened the search for the concentration of solids in the pulp we need to have better sedimentation.With the optimal conditions obtained,static decantation was performed and these data allowed to draw the sedimentation curve for each of the floculants and finally this curved allowed us to carry out our design studies of the decanter.
The results of the experiments on decantation have shown us that the dimensions of the decanter are suitable with the feed rate of the pulp and that they have also shown that in order to ensure smooth settlement operations,the following requirements must be met :a floculant dose of 100 g/t for the each of the floculants and a concentration of solids in the pulp of 12% for use Rheom ax and 10% for the use of Superfloc N100.
The se conditions describe that for a feeding of flow rate of 110 t/h of pulp the decanters must have the following characteristics ;
for the rheomax : a height of 2,2 m,an area of 472 m2,as well as a diameter of 24 m and for the Superfloc N100 a height of 2 m,an area of 391 m2and a diameter of 22 m.

#Liste des abréviations et sigles

SX : extraction par solvant
EW : Electro-winning (électrolyse)
O/A : rapport phase organique sur phase aqueuse
CCD : Counter-current decantation
OF : Over flow ;
UF : Under flow ;
PLS : Pregnant Leach Solution;
Raf : Raffinat Phase aqueuse sortant du premier étage d’extraction
m : mètre
s : seconde
t : tonnes
: constante diélectrique du liquide,
d : diamètre des particules,
E : énergie totale des colloïdes,
: énergie correspondante à la force de Van Der Waals,
: énergie correspondante à la force de répulsion,
ℎ : hauteur de chute,
ℎe : volume de l’éprouvette,
: hauteur des boues désirées en fin de décantation,
: intersection de la tangente passant par le point de compression avec l’axe des ordonnées,
: hauteur ultime,
ℎ0 : hauteur de début de décantation,
: hauteur de l’éprouvette (graduation maximale),
ℎ∞ : hauteur de l’interface après 24 heures,
g : accélération gravitaire,
: flux de décantation,
: valeur minimale du flux totale,
: flux de soutirage,
Q : capacité de l’alimentation en masse,
: débit des boues extraites sous forme de sous-verse,
S : surface du décanteur,
U.A: surface unitaire,
: nombre de Reynolds,
t: temps,
: temps de compression,
: intersection de la tangente passant par le point de compression avec l’axe des abscisses,
V: vitesse de chute des particules,
: vitesse de soutirage du décanteur
µ : viscosité dynamique du liquide,
: masse volumique du liquide,
: masse volumique équivalente d’une suspension,
: masse volumique des particules,
ζ : potentiel Zéta ou potentiel électrocinétique
: flux de décantation
Epigraphie
« Un jour d’un homme savant Vaut plus que toute la vie d’un Ignorant » La perse
« Il suffit à un point d’en ajouter deux pour que le final devienne suspensif. Et que l’espoir renaisse » Erik Orsenna
Dédicaces
Tout comme nous pouvons grandir, et même vieillir mais pour ses parents, on est toujours des petits enfants. On serait compagnons des destructeurs si l’on étouffe cette affection qui déjà émergente et très manifeste faisant preuve en ce jour et nous orne de grande considération.
A l’éternel Dieu, qui restaure nos Ames, et qui renouvelle sa bonté et sa grâce chaque matin et chaque soir. Que ce travail soit pour toi une gloire
A vous nos très chers parents : MUKOTA LUKONGO Jean, MUTEB DIUR Pierre, KUIMWIMBA LENGE Thérèse, et KYUNGU KIBWE Adèle, pour tous les sacrifices consentis, ce travail est le résultat de votre effort et votre éducation.
A vous nos frères et sœurs ;
FRANCIS DIUR, IDRISS LUKONGO,ARTHUR KASONGO, JOELDIUR,GUEDALLIE NSENGA, NEVILLE DIUR, JOHN MUKOTA,VICTOIRE MUKOTA,YOLINE DIUR, JEMIMA MUKOTA,RUTH DIUR, JEDIDIAH NSHIMBA,ANNIE DIUR, THERCIA KUMWIMBA, ET JOSUE DIUR.
A vous tous, on dédie ce travail.
NYEMBWE MUKOTA Landry & NTAMBWE DIUR Ginola
Lubumbashi, DRC
Octobre, 2019

Avant-Propos

Avant de laisser nos aimables lecteurs franchir le seuil de ce présent travail marquant la fin de notre formation d’ingénieur industriel bachelier en génie des procédés chimiques et matériaux à l’université de Lubumbashi, qu’il nous soit permis de remercier tous ceux qui ont contribué à son élaboration ainsi qu’à sa concrétisation.
Au-delà de la souffrance, de la persévérance et la ténacité, nous avons finalement atteint notre objectif avec les concours des personnes chères qui nous ont aidés à franchir cette étape de la vie.
Nos multiples actions de grâce s’adressent à l’éternel Dieu tout puissant, pour le souffle de vie, pour le courage et la ténacité que tu as mis en nous et grâce à toi nous sommes aujourd’hui des hommes fort.
Nous remercions de tout cœur le professeur ordinaire ILUNGA NDALA Augustin pour avoir accepté la direction du présent travail, malgré ses multiples occupations.
A l’assistant Mathieu KAYEMBE MUSALA pour la contribution combien louable apportée à ce travail en acceptant de prendre la codirection ainsi qu’à l’ingénieur PATRICK KABOKO pour l’encadrement.
A travers le chef des travaux DELPHIN MUKALAY, chef de département de génie des procédés chimiques et matériaux, nous remercions tous les professeurs, chefs des travaux, et assistants de l’Ecole Supérieure des Ingénieurs Industriels, particulièrement ceux du département de génie des procédés chimiques et matériaux pour la connaissance que nous avons bénéficiée de leur part.
A nos oncles et tantes, PASCAL KASHIT,PARTICK MUTOMBO,ESALA NKUNDA,FRANCINE KAJ,CHARLOTTE MUJINGA,CHANTAL KASHIT,VIOLETTE MUTALE,CEDRICK KABULO,ARCIN NKONKO,KAS KASONGO,LAETITIA KUMWIMBA,NAOMIE ILUNGA,JIMMY KABULO,CYNTHIA MUTWALE et SAMUEL.
A nos cousins et cousines, ARTHUR KASONGO, NATHAN MUKOTA, JOEL MUYUMBA, FRANCK DIUR, LUC DIUR, ARCEL MUTOMB, LISTA KUNDA et NOELLA LISTA.
A tous nos amis et connaissances, JOSUE TSHALA, PAUL KABILA, FRANCOIS MADIMBA, JEANLUC MUTALA, MAXIME MULEMBA, ARIPH KALENGA, BONDIS ILUNGA, ABIGAEL MUTOMB, NOELLA LUPONGO, DORCAS KAPALA, BONY KABONDO, GLORIA MONGA, JOELLE NGOYA, JUNIOR TSHAKA, DERICK MBUMBA.
A tous nos collègues et compagnons de lutte de promotion, KWETE CHRISTIAN, GLOIRE YAV, AUBARIANNE MPOYO, SAMUEL OKITO, PROSPER BANZA, ITHAMAR LUNGENYI, PATRICK MAGOGWA, JEANNICK KABUYA et FABRICE KABONDO.
A tous ceux qui de près ou de loin ont contribué à la réalisation de ce travail trouve à leur tour de ces mots l’expression de notre profonde gratitude.

Introduction générale

Le traitement hydrométallurgique des minerais cupro-coballifères est constitué de plusieurs opérations notamment l’extraction du minerai, la fragmentation, la lixiviation, l’extraction par solvant ainsi que l’électrodéposition.
Pour que ces opérations soient effectuées d’une manière efficace des opérations intermédiaires interviennent notamment la séparation solide-liquide, qui doit être bien effectuée pour permettre le bon déroulement des opérations ultérieures.
C’est le cas après la lixiviation une opération qui consiste en une mise en solution d’une manière sélective des ions métalliques d’un minerai et minimiser le passage en solution des métaux indésirables, nous obtenons une pulpe contenant deux phases respectivement la phase liquide contenant les ions dissous et la phase solide contenant les résidus.
La phase liquide constitue le produit dont on a besoin pour les opérations ultérieures, d’où elle doit être séparée de la phase solide d’une manière la plus efficace possible pour ne pas affecter le bon déroulement des opérations ultérieures.
Du fait que cette séparation doit être bien effectuée, l’entreprise RUASHI MINING était affectée par le mauvais déroulement de cette opération d’où l’intérêt de ce travail est de déterminer les conditions optimales pour améliorer les opérations de séparation solides-liquide par décantation de la pulpe issue de la lixiviation.
Pour répondre à ce problème, plusieurs questions ont été posées telles que :
Doit- on substituer l’ancien type de floculant par un autre ?
La pulpe qui est alimentée pour la décantation possède-t-elle un pourcentage de solide qui pose problème?
Ou encore la surface du décanteur n’est-elle plus à mesure d’assurer mieux la décantation suivant le débit qu’on y alimente ?
Et pour répondre à toutes ces questions, nous avons eu deux types de floculants le Rheomax et le Superfloc N100 qui sont d’usage à ladite entreprise que nous déterminerons : la dose nécessaire pour chaque type des floculants, la concentration des solides dans la pulpe qu’il faut pour une meilleure séparation solide-liquide.
Partant des meilleures conditions qui seront retenues, la détermination de la surface et de la hauteur requise du décanteur pour assurer la meilleure décantation sera étudiée à l’aide des différentes méthodes de dimensionnement.
Pour répondre à notre objectif, l’élaboration de notre travail comporte la partie bibliographie qui donnera les théories importantes afin d’y arriver et la seconde partie qui est la partie pratique qui débutera par l’application des notions des procédés de préparation des minerais en réalisant le concassage et le broyage afin d’obtenir une granulométrie requise pour les opérations de lixiviation. Apres le broyage, le minerai sera soumis à la lixiviation dans les conditions opératoires de l’usine Ruashi Mining.
Cette lixiviation nous permettra d’obtenir une pulpe sur laquelle nos études de décantation et de dimensionnement seront menées.
Ces études de décantation débuteront par une série d’essais en variant deux paramètres à savoir : la dose de chacun des deux floculants, puis la concentration des solides dans la pulpe. Après la courbe de sédimentation sera tracée à l’aide du logiciel Excel et c’est sur cette courbe que l’étude de dimensionnement sera faite par les méthodes de dimensionnement proposées dans la partie bibliographique.
Hormis l’introduction et la conclusion, notre travail comportera cinq chapitres à savoir :

  • – Aperçu général sur la lixiviation et la décantation
  • – Notions sur la vitesse de sédimentation
  • – Description des opérations métallurgiques de Ruashi Mining
  • – Caractérisation de l’échantillon et procédures expérimentales
  • – Présentation et analyse des résultats

Les floculants Rheomax et Superfloc n100 dans un circuit

Table des matières

Introduction générale 1
I.1. GENERALITES SUR LA LIXIVIATION 4
I.1.1.Introduction 4
I.1.2. Techniques de lixiviation (Blazy P, 1979) 4
I.1.4.Techniques de séparation 7
I.2. GENERALITES SUR LA DECANTATION 8
I.2.1. Introduction 8
I.2.2.Résultats de la décantation 9
I.2.3.Types de décantation 10
I.2.3.1. Décantation statique 10
I.2.3.2. Décantation accélérée 10
I.2.3.3. Décantation lamellaire 10
I.2.3.Facteurs influençant la décantation 10
I.2.4. Coagulation et floculation 11
I.2.4.1. Floculation 12
I.2.4.2.Types des floculants 13
I.2.4.3. Facteurs influençant la floculation 14
1.2.4.4. Caractéristiques des suspensions 15
CHAPITRE II. NOTIONS SUR LA VITESSE DE SEDIMENTATION 17
II.1. LES COURBES DE DECANTATION 17
II.2. THEORIES SUR LE DIMENSIONNEMENT DU DECANTEUR 22
II.2.1. Détermination de la surface de décantation 22
II.2.2. Détermination du volume et de la hauteur de décantation 26
Chapitre III. description des opérations métallurgiques de Ruashi Mining 30
III.1 Introduction 30
III.2. Circuit hydro métallurgique de Ruashi Mining 30
III.2.1. Concassage et broyage 30
III.2.2.Décantation pré-Leach 31
III.2.3. Lixiviation 32
III.2.4. Décantation à contre-courant (CCD) 32
III.2.5. Extraction par solvant (SX) 35
III.2.6. Electrolyse 35
II.2.7. Section cobalt 36
III.3. NEUTRALISATION 37
Chapitre IV. Caractérisation de l’échantillon et procédure expérimentales 40
IV.1. MATERIEL 40
IV.1.1.Echantillonnage et Caractérisation chimique de l’échantillon 40
IV.1.2. Caractérisation minéralogique de l’échantillon 40
IV.1.3. Analyse granulométrique de l’échantillon 40
IV.1.4. Réduction granulométrique 42
IV.1.5. Matériel utilisé pour la lixiviation 42
IV.1.6. Matériel utilisé pour les essais de sédimentation 43
IV.2. METHODES EXPERIMENTALES 44
IV.2.1.Essais de Lixiviation 44
IV.2.2. Essais de sédimentation 45
IV.2.3. Mode opératoire suivi pour le dimensionnement 47
Chapitre V. Présentation et analyse des résultats 49
V.1. Recherche de la dose optimale 49
V.2. Détermination de la concentration optimale des solides dans la suspension 52
V.3. Décantation statique 55
V.4. Courbes de sedimentation 57
V.4.1.Courbe de sédimentations avec le floculant RHEOMAX 57
V.4.2.Courbe de sédimentations avec le floculant Superfloc N100 58
V.5. Dimensionnement 59
V.5.1. Avec la décantation par le floculant Superfloc N100 59
V.5.1.1. Détermination du point critique 59
V.5.1.2. Calcul de la surface par la méthode de Talmage et Fitch 59
V.5.1.3. Calcul de la surface par la méthode d’Oltmann 61
V.5.1.4. Comparaison de la méthode d’Oltmann et celle de Talmage et Fitch 61
V.5.1.5. Détermination de la hauteur du décanteur 62
V.5.2. Avec la décantation par le floculant Rheomax 63
V.5.2.1. Détermination du point critique 63
V.5.2.2. Calcul de la surface par la méthode de Talmage et Fitch 64
V.5.2.3. Calcul de la surface par la méthode d’Oltmann 64
IV.2.4. Détermination de la hauteur du décanteur 65
Conclusion


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