L’optimisation de la flottation séquentielle des minerais mixtes de la mine de l’Étoile a révélé des rendements de récupération impressionnants pour le cuivre et le cobalt. Cette recherche, essentielle face à l’épuisement des réserves d’oxydes, ouvre de nouvelles perspectives pour l’industrie minière.
Université d’Elubumbashi
Faculté Polytechnique
Département de Chimie Industrielle
Travail de Fin d’Études présenté et défendu pour l’obtention du Grade de Bachelier ingénieur civil en Chimie Industrielle.
Optimisation de quelques paramètres de flottation séquentielle des minerais
Mixtes de la mine de l’étoile
Par Kitenge Kyangulu Michel
Supervisé par : Pr. Ilunga Ndala A.
Année Académique 2019-2020
Résumé
Ce travail présente les résultats d’une étude de flottation séquentielle menée sur le minerai mixte de la mine de l’étoile.
L’objectif poursuivi est de déterminer les conditions opératoires optimales d’utilisation du collecteur SIBX, du dispensant Silicate de sodium pour la fraction sulfuré ; un collecteur amylxanthate de Potassium KAX, un sulfurant (hydrogénosulfure de Sodium NaSH) pour la fraction oxydée, dans le traitement de ce minerai mixte et retenir la dose de chaque réactif donnant les meilleurs performances métallurgiques.
Les essais de flottation réalisés en cellule au laboratoire se sont réalisés en deux ébauchages. Les doses de dispersant (silicate de sodium Na2SiO3), de collecteur (SIBX) et de pour le concentré sulfuré, et les doses de dispersant (silicate de sodium NaSiO3), de collecteur (amylxanthate de potassium KAX) et de l’agent sulfurant (hydrogénosulfure de Sodium NaSH) pour le concentré oxydé, seraient des paramètres à varier.
Cependant, la dose de silicate de sodium a été variée de 100 à 250 g/t, celle du collecteur SIBX de 50 à 200 g/t pour la partie sulfure, et la celle KAX de 100 à 400 g/t, celle de NaSH de 2000 à 3500 g/t, celle du silicate maintenue à 200 g/t pour la partie oxyde.
Les meilleures performances métallurgiques ont été obtenues pour les doses correspondantes à 200 g/t de Na2SiO3, à 150 g/t pour le SIBX pour la partie sulfure ; à 300 g/t de KAX, 3000 g/t de NaSH. À l’issus des essais avec ces doses nous avons obtenu deux concentrés ébauchés ; sulfure titrant 10,63 % cuivre et 1,24 % cobalt avec des rendements de récupération de 68,99 % pour le cuivre et 65,70 % pour le cobalt, ainsi qu’un concentré ébauché oxyde titrant 1,558 % cuivre et 0,141 % cobalt avec des rendements de récupération de 25,88 % pour le cuivre et 28,30 % pour le cobalt ; par rapport maintenant à l’alimentation massique, ceci nous donne un concentré ébauché global titrant 8,49 % cuivre et 0,98 % cobalt avec des rendements de récupération de 94,87 % pour le cuivre et 93,42 % pour le cobalt.
INTRODUCTION
Chemical of Africa (Chemaf) est une entreprise minière qui exploite le gisement de la mine de l’étoile appelée mine de l’étoile du Congo-est (une mine à ciel ouvert située dans la province du Haut Katanga en République Démocratique du Congo au Nord-Est du centre-ville de Lubumbashi dans la commune de la Ruashi, dans le quartier KALUKULUKU, elle appartient à 95 % aux groupes Shalina Resources et 5 % au gouvernement de la RDC); le design été traité le minerai oxydé Cupro-cobaltifère par gravimétrie (HMS) avec une alimentation à environ 0,7 à 0,9 % Cobalt et 2 à 3 % Cuivre pour produire finalement un concentré à environ 1 à 1,5 % Cobalt, 5 à 8 % Cuivre.
A ce jour, vu que la couche des oxydes était épuisée dans la mine depuis quelques années, l’entreprise alimente des rejets quelle stockait dans différents bassins. Ces rejets sont des slimes, les floats et le paragone.
Alors que la réserve des rejets touche à sa fin, une alternative est étudiée pour ne pas mettre l’entreprise en périr, il devient donc nécessaire d’étudier la faisabilité de traitement d’un minerai mixte Cupro-cobaltifère du même gisement afin de continuer la production industrielle et de s’adapter à la nouvelle donnée minéralogique.
Il nous a donc été demandé par son service de Technical d’étudier le traitement de ce minerai par flottation séquentielle, afin de fournir des informations à l’exploitant qui cherche à prendre position entre la flottation simple à la mousse d’un tel minerai et la méthode faisant objet de notre étude, ainsi donc notre travail est intitulé « optimisation des quelques paramètres de flottation séquentielle des minerais mixtes de lamine de l’étoile » .
Outre l’introduction et la conclusion, le présent travail est subdivisé en deux parties :
- La première partie purement théorique, comprend deux chapitres :
- le premier chapitre, parlera des généralités sur la flottation à la mousse ;
- le deuxième lui parlera des différentes techniques de traitement des minerais mixtes cuprocobaltières.
- La deuxième partie aux aspects pratiques du travail comportera aussi deux chapitres :
- le troisième chapitre parlera sur le matériel et protocole expérimental ;
- le quatrième lui présentera les résultats et leur analyse.
PARTIE BIBLIOGRAPHIQUE
CHAPITRE I : APERCU THEORIQUE SUR LA FLOTTATION A LA MOUSSE
Définition et principes physico chimiques de la flottation
La flottation est une technique de minéralurgie qui différentie les minéraux hydrophiles (littéralement « qui aiment l’eau ») des minéraux hydrophobes (littéralement « qui n’aiment pas l’eau »). Dans un réacteur, la pulpe minérale est mise en contact avec des bulles de gaz, généralement de l’air. Les minéraux hydrophobes adhèrent aux bulles de gaz et remontent à la surface du réacteur. Deux de flottation sont envisageables (Wills, 1998).
Les minéraux hydrophobes se fixeront par la suite à l’interface air-liquide pour être transportés à la surface de la pulpe .Ce transfert sélectif résulte :
en l’écoulement d’un film liquide, d’où on parle ici de flottation pelliculaire ;
au déversement d’une mousse créée par l’agglomération des bulles minéralisées, d’où on parle ici de flottation à la mousse.
Le processus de la flottation est le résultat d’une combinaison des 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 (Kalenga P.1992 ; Kitobo W. 2009) :
- la granulométrie des particules à flotter, généralement comprise entre 10 et 100µm ;
- la densité de la pulpe comprise en pratique entre 20 et 30 % des 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.
Différentes interactions mises en œuvre dans la flottation
- La physico-chimie du conditionnement : il s’agit de rendre les surfaces des minéraux valorisables le plus hydrophobe possible. L’ajout des réactifs est généralement souhaitable. Des réactifs inorganiques sont généralement utilisés pour activer les surfaces minérales vis-à-vis de l’adsorption de collecteur. Puis, un composé organique
est absorbé en surface du sulfure. Ce dernier constitue la molécule directement responsable de l’hydrophobie ; - Physique de collision : les particules sont mises en contact avec les bulles d’air, et leur rencontre donne lieu à une liaison forte dans le cas des particules minérales suffisamment hydrophobes ;
- Chimie de l’adhésion : les liens bulle-particule est mis à contribution dans la remontée de la bulle. Plus l’hydrophobie du minéral sera forte, plus le lien sera solide et ^plus la particule sera susceptible d’être récupérée dans le concentré de flottation.
Figure I-1 : schéma des principales interactions pendant la flottation minérale (adapté de Wills, 1998)
[img_1]
Mécanisme de flottation
La flottation est un phénomène de surface en présence de trois phases qui sont : l’air, l’eau et un minéral solide, qui relève d’une étude des interfaces (Blazy, 1970,).
Interface solide-liquide
La structure physico-chimique des minéraux joue en flottation un rôle important quoique mal défini. Cette structure détermine, entre autres, la mouillabilité des surfaces c’est- à-dire leur tendance à l’hydratation, qu’il faut vaincre pour réaliser la flottation. Cependant, cette tendance à l’hydratation donnant la création d’une charge dont le signe et la valeur ont un intérêt pour l’étude de l’adsorption des réactifs de flottation (Blazy, 1970).
Interface liquide-gaz
La tension superficielle permet d’une manière générale de mesurer la propriété de l’interface existant de fluide. Elle est définie comme le travail mécanique nécessaire pour accroitre l’interface située entre deux phases d’une unité de surface. Pour un accoisement infinitésimal de surface dA, le travail réversible est (Blazy, 1970) :
𝒅𝒘𝒓é𝒗 = 𝒚𝒅𝑨 [I.1]
Avec : y : tension superficielle
A : surface
Cette tension superficielle dépend de :
La variation de la pression : l’augmentation de la pression provoque une fixation (adsorption) de gaz à l’interface. Si l’on veut augmenter la durée de vie des petites bulles d’air, on devra décroitre la tension superficielle et par conséquent l’enthalpie libre de surface. La flottation utilise largement ce phénomène ;
La variation de la température : car si la température augmente, la tension superficielle de la plupart des liquides diminue ;
La composition du liquide et de l’enthalpie libre donnant la loi de Gibbs qui est :
𝜼𝒊
= − 𝒂𝒊 𝜹𝒗
𝑹𝑻 𝜹𝒂𝒊
𝜂𝑖 = Nombre de moles des constituant « i » adsorbés par cm² à l’interface
𝑎𝑖 = Activité du constituant i dans la phase où il est dissout R = constante des gaz
T = température absolue (K)
[I.2]
Contact bulle d’air et particule dans l’eau
L’équilibre entre bulle d’air et une particule solide immergée dans un liquide exprime l’aptitude de la particule solide à pouvoir flotter, à partir des résultats de mesure de l’angle de contact θ. Quand la surface du minéral, ou une partie de celle-ci est recouverte de collecteur, son accrochage à des bulles d’air devient possible. A ce moment, trois phases sont en présence : solide – liquide – air. La condition d’équilibre pour un contact stable entre ces trois phases est donnée par l’équation de Young (Blazy, 1970) :
𝛾𝑆𝐴 − 𝛾𝑆𝐿 = 𝛾𝐿𝐴. cos 𝜃 [I.3]
Où𝛾𝑆𝐴, 𝛾𝑆𝐿, 𝛾𝐿𝐴. sont les tensions interfaciales solide-air, solide-liquide et liquide-air, respectivement, et θ l’angle de contact.
Questions Fréquemment Posées
Quels sont les réactifs utilisés dans l’étude de flottation séquentielle des minerais?
Les réactifs utilisés sont le collecteur SIBX, le dispersant Silicate de sodium pour la fraction sulfurée, le collecteur amylxanthate de Potassium KAX, et le sulfurant hydrogénosulfure de Sodium NaSH pour la fraction oxydée.
Quelles sont les doses optimales de réactifs pour la flottation séquentielle?
Les meilleures performances métallurgiques ont été obtenues avec 200 g/t de Na2SiO3 et 150 g/t de SIBX pour la partie sulfure, ainsi que 300 g/t de KAX et 3000 g/t de NaSH pour la partie oxydée.
Quels rendements de récupération ont été atteints pour le cuivre et le cobalt?
Les rendements de récupération atteints sont de 94,87 % pour le cuivre et 93,42 % pour le cobalt dans le concentré ébauché global.