Analyse des réactifs chimiques : résultats clés pour la flottation

Les réactifs chimiques en flottation jouent un rôle crucial dans l’optimisation des performances métallurgiques des minerais mixtes. Cette étude révèle des résultats significatifs pour la récupération du cuivre et du cobalt, essentiels face à l’épuisement des réserves d’oxydes, transformant ainsi notre compréhension des processus de flottation.

Réactifs de flottation

La réalisation de ces trois conditions essentielles de flottation citées ci-dessus révèle l’intervention des réactifs chimiques qui réagissent soit pour former à la surface des minéraux une enveloppe sélective polaire, soit au contraire pour former une enveloppe non polaire (Mbayo, 2015) :

• Si les matériaux sont recouverts d’un film non polaire vers la pulpe, certains ne seront pas mouillé par l’eau et les bulles d’air pourront adhérer à leur surface et ils pourront aussi flotter ;
• Si au contraire ils sont recouverts d’un film, ils seront mouillés par l’eau ;

La flottation est donc une technique de la minéralurgie qui différentie les minéraux hydrophiles des minéraux hydrophobes sur base des propriétés physicochimiques de surface. Les minéraux hydrophobes adhèrent aux bulles de gaz et remontent à la surface du réacteur, le plus souvent grâce à l’intervention des réactifs chimiques. Ils sont capables de rendre sélectivement les minéraux hydrophobes et aérophiles (Kanda, 2012).

Ces réactifs comportent tous un groupement polaire permettant leur adsorption sélective à la surface des minéraux par création des liaisons physiques ou chimiques. Ils possèdent également une chaîne hydrocarbonée hydrophobe qui permet à l’ensemble adsorbat-adsorbant de s’accrocher à une bulle d’air (Blazy et Jdid, E.A, 2001, Kanda, 2012).

Dans cette réalisation, on distingue les réactifs suivants :

Les collecteurs

Ce sont des agents hétérophiles (une partie ionisable et une partie non polaire hydrocarbonée qui confère l’hydrophobicité) qui adhère à la surface de certaines particules de minerais, soit qu’elles se trouvent dans leur état naturel, soit qu’elles se trouvent sous forme altérée chimiquement, pour constituer autour d’elles un revêtement non polaire qui pousse l’eau mais qui s’attache aux bulles d’air et aux molécules non polaires. Suivant que le collecteur compte à la fois le groupe polaire ionisable et le groupe non polaire, on distingue les collecteurs du type anionique et du type cationique.

Le collecteur est un réactif qui est ajouté à une pulpe de flottation pour recouvrir les surfaces des minéraux utiles, généralement ceux que l’on désire flotter, d’un film ou pellicule hydrophobe. Ce réactif est absorbé à l’interface solide – liquide. Par ailleurs, pour faciliter l’absorption des collecteurs on utilise en pratique un réactif qui modifie l’interface solide – liquide, Ce réactif se nomme « activant ». Au contraire, si l’on veut empêcher qu’un minéral n’adsorbe un collecteur donné, on le met tout d’abord en présence d’un déprimant qui se fixe comme le collecteur à l’interface solide – liquide (Bouchard, 2001 ; Kalenga, 1992 ; Kitobo, 2009).

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Figure 1 : Classification des collecteurs

Les collecteurs cationiques

Les collecteurs cationiques contiennent toujours de l’azote dans le groupe polaire.

Les plus employés sont les amines d’alkyle et leurs sels.

Les amines résultent du remplacement de 1, 2 ou 3 atomes de H, dans la molécule de 𝑁𝐻₃, par des chaînes hydrocarbonées. Ces collecteurs sont plus utilisés pour flotter les oxydes et les silicates dans une pulpe préalablement des chlammées (Katufu, 2017).

En plus des collecteurs cationiques et anioniques, il y a aussi les collecteurs non ioniques utilisés pour flotter les matières naturellement flottables ou en combinaison avec les collecteurs ioniques.

Les collecteurs anioniques

Leur dissociation en solution libère un cation simple généralement Na+ ou K+, la partie active est représentée par l’anion adsorbée physiquement ou chimiquement à la surface du solide recouvert par la partie non polaire.

La dissociation en solution libère un cation simple généralement 𝑁𝑎⁺ ou 𝐾⁺, la partie active est représentée par l’anion absorbée physiquement ou chimiquement à la surface du solide recouvert par la partie non polaire. Les principaux réactifs de ce type sont (Katufu, 2017) :

• Les xanthates ;
• Les dithiophosphates (D.T.P.) ou aerofloates (plus sélectifs que les xanthates en évitant la flottation des sulfures de fer) ;
• Les acides gras et leurs savons (conviennent à la flottation des minerais non métalliques basiques tels que les minéraux oxydés du cuivre, etc.).

Choix du collecteur

Le choix d’un réactif collecteur est orienté par les facteurs suivants :

• La puissance du collecteur qui se traduit par sa capacité d’attraction des bulles d’air ;
• La sélectivité du collecteur à l’égard d’un minéral particulier ;
• Le coût du réactif que l’on souhaite généralement très modéré ;
• Une solubilité dans l’eau du collecteur qui doit s’accommoder à une stabilité chimique (Bouchard, 2001).

Les moussants

Les moussants sont des agents tensioactifs hétéro polaires de nature organique qui sont adsorbées aux interfaces air/eau (bulles). Les molécules de moussants comportent une tête polaire orientée vers l’eau et une queue non-polaire orientée vers l’air. Les deux principales fonctions des moussants sont d’assurer une dispersion de bulles fines dans la pulpe et de maintenir une stabilité adéquate de la mousse qui flotte à la surface de la pulpe. En effet, la mousse doit être suffisamment stable dans le but d’éviter le relargage des particules hydrophobes dans la pulpe. Par contre, une mousse trop ferme aura pour effet de nuire au traitement subséquent de concentré obtenu par flottation (Wills, 2006).

• Qualités d’un moussant

Une bonne séparation par la flottation exige certaines qualités du moussant notamment :

• une durée de vie suffisante des bulles formées pour permettre le recueil de mousse ;
• une faible sensibilité à la variation du pH ;
• un pouvoir collecteur du moussant peu élevé ;
• une minéralisation satisfaisante de la mousse recueillie ;
• un prix très modéré ainsi qu’une consommation spécifique faible.

Les réactifs moussants les plus utilisés sont : l’huile de pin, les acides crésiliques dérivant du pétrole, le Senfroth G41, le Dowfroth DF250. Le G41 et le DF250 sont des réactifs synthétiques fabriqués à partir des matières premières non dérivées du pétrole. Pour notre étuve nous avons utilisé le DF250.

Les agents modifiants

En flottation, un simple ajout d’un collecteur, et d’un moussant n’est pas toujours suffisant. Il est nécessaire d’y ajouter des composés chimiques modifiant le comportement naturel des minéraux. Selon leurs rôles spécifiques, ils appartiennent à l’une des quatre classes suivantes (Katufu, 2014) :

• les dispersants ;
• les activants ;
• les déprimants ;
• les régulateurs de pH.

1. Les dispersants

Ce sont des réactifs qui neutralisent l’effet des fines particules (Slimes). L’action de ce type de réactif est essentielle pour obtenir une bonne sélectivité en supprimant ou en diminuant sensiblement le copinage de surface des grains utiles avec les fines particules de la gangue, phénomène aux conséquences néfastes sur le rendement de récupération. Nous citons par exemple le silicate de sodium et la soude caustique (Katufu, 2014).

1. Les activants

Ce sont des réactifs utilisés dans le but de flotter sélectivement certains minéraux qui, normalement flottent difficilement ou presque pas lorsqu’on emploie uniquement les collecteurs et les moussants. Pour les minéraux oxydés, on utilise comme activant le sulfhydrate de sodium (𝑁𝑎𝐻𝑆) et le sulfure de sodium (𝑁𝑎₂𝑆) qui n’est presque plus utilisé du fait qu’il rend la pulpe trop alcaline et déprime ainsi des minéraux à valoriser (Katufu, 2014).

1. Les déprimants

Ce sont des réactifs qui peuvent être organiques ou inorganiques, empêchant la fixation du collecteur sur la surface d’un minéral d’une part et d’autre part assurer la sélectivité de la flottation d’un matériel en compétition (Ilunga, 2011).

L’action des agents déprimants se réalise suivant divers processus :

• empêcher l’activation du matériel des sels activants dans la pulpe ;
• bloquer la surface du minéral contre les réactions les collectrices possibles ;
• détruire les couches de collecteurs déjà formées ;
• modifier la surface du minéral par création des couches hydrophiles ;
• disperser les particules minérales.

Pour une action efficace, ces réactifs sont choisis parmi les composés chimiques dont l’ion actif qui réagit avec la surface du minéral a le même signe que l’ion effectif du collecteur. La réaction des déprimants sur la surface des minéraux étant très lente, il est préférable de la conditionner longuement. Une telle pratique réduit sensiblement leur consommation spécifique. Certains déprimants utilisés lorsque les collecteurs sont des xanthates, sont les ions cyanure (𝐶𝑁), hydrogéno-sulfure (𝐻𝑆⁻) et les hydroxydes (𝑂𝐻⁻) dans le cas d’une dépression entre éléments valorisables. D’autres encore sont utilisés pour déprimer les éléments de la gangue, nous citons (Katufu, 2014) :

• le silicate de sodium (𝑁𝑎₂𝑆𝑖𝑂₃), qui déprime et disperse les gangues siliceuses ;
• la colle et la dextrine qui dépriment le talc.

1. Les régulateurs de pH

Ce sont des réactifs qui déterminent le degré d’acidité ou d’alcalinité de la pulpe, autrement dit qui fixe son pH. En général, on emploie surtout les réactifs alcalins ou alcalinoterreux : la chaux ou le carbonate de sodium pour élever le pH alors que l’acide sulfurique est utilisé pour baisser le pH.

Questions Fréquemment Posées

Quels sont les types de réactifs chimiques utilisés en flottation?

On distingue les collecteurs cationiques, anioniques et non ioniques, qui sont utilisés pour flotter les minéraux en fonction de leurs propriétés.

Comment les collecteurs cationiques fonctionnent-ils en flottation?

Les collecteurs cationiques contiennent de l’azote dans le groupe polaire et sont utilisés pour flotter les oxydes et les silicates dans une pulpe préalablement des chlammées.

Quelle est la fonction des collecteurs anioniques en flottation?

Les collecteurs anioniques libèrent un cation simple en solution et leur partie active est représentée par l’anion qui s’adsorbe à la surface du solide recouvert par la partie non polaire.