Embed Size (px)
Citation preview
BUREAU DE RECHERCHES GÉOLOGIQUES ET MINIÈRES74, rue de la Fédération - 75-PARIS-15« - Tél. 783 94-00
DIRECTION DES RECHERCHES MINIÈRES ET DES TRAVAUX A L'ÉTRANGER
GÉNÉRALITÉS SUR LA FLOCULATION SÉLECTIVE
par
D. V E R S A U D - G. BAUDET
Département VALORISATIONdes MINERAIS
B.P. 818 - 45 0RLÉANS02Tél. 66-06-60
70 RME 018 VDM Août 1970
Table des Matières
1. Définition
2. Cas possibles d'application
3. Principe
4. Eêgles générales
5. Cas de floculation sélective déjà réalisés ou étudiés
6. Etudes envisagées
a) support matériel
b) principe de l'appareil d'électrophorèse
Ie) L e " Zeta Meter "
2e) L e " Cytosphèromètre "
3°) L e " R a n k Bros '!
c) choix des matières
Pages
4
4
4
4
7
8
9
GENERALITES sur la FLOCULATION SELECTIVE
1. - Définition .
C'est la séparation des éléments d'un mélange de minéraux amenés à l'étatde pulpe, par sédimentation d'une partie seulement des éléments du mélange .
2. - Cas possibles d'application .
a) Traitement des fines obtenues au cours de l'enrichissement d'un minerailorsqu'elles gênent ou ne peuvent être traitées par les procédés s'appliquant auxfractions de plus grandes dimensions .
b) Séparation de matériaux sédimentaires très divisés, argiles par exemple.
3. - Principes .
Bien qu'aucune étude fondamentale ne semble avoir été entreprise jusqu'ici,l'application de la connaissance des phénomènes intervenant dans la floculation, auxtravaux réalisés jusque là, permet de donner quelques règles .
Tout d'abord, on peut signaler que.selon que le phénomène de sédimentationest dû à l'action des forces d'origine électrique ou à celle des substances polymèrescréant des ponts entre les particules, on n o m m e respectivement les phénomènescoagulation et floculation .
4 . - R è g l e s générales .
a) P^J?2ËJPâï$iL.4.'iy!eJBÎ^ •
O n cherche donc à se placer dans des conditions où l'un desconstituants forme une suspension relativement stable et l'on cherche àfloculer les autres .
b) l í l ^ ^ j ^ y J£Ljninéraux.
L e s propriétés chimiques et électriques de la surface sontà l'origine de cette sélectivité .
c)
L e s produ i t s de dissolution ou les degrés d'hydrolyse deséléments peuvent, par libération d'ions, modifier les propriétés desurface des autres constituants .
d) L .¡emploijle _certains jor oduits j^rm£Ld^m2difi er_ lesjjrogriétés_ des
L'utilisation de polyélectrolytes anioniques par exemple avecdes surfaces chargées négativement, peut être obtenue en utilisantcertains electrolytes qui changent le potentiel de surface .
L'adsorption de cations polyvalents par les surfaces des miné-raux peut permettre l'activation de l'adsorption de polyélectrolytesanioniques sur les minéraux .
L e milieu peut changer :
= le degré d'ionisation du polymère ,
= les dimensions de la chaîne du polymère ,
= il peut y avoir compétition entre les agentsmodificateurs pour l'occupation des sitessuperficiels .
e) ÎSHîi§M£^^ln_Ç^££fj£ *)l j rj j3nte £mentj ^e n _sjisp_ension_.
L a récupération tend donc à être la meilleure pour les pulpesdiluées .
Par agitation modérée après dilution du floculat obtenu dans unepremière sédimentation, on libère une partie des minéraux entrames,donc améliore la sélectivité .
O n ne doit pas chercher à obtenir de trop gros flocons qui aug-mentent la quantité de minéraux entrames .
Plutôt que d'utiliser des polymères à très longues chaînes enpetites quantités, on a intérêt à utiliser des floculants moins efficaces(donnant des flocons plus petits) en dosages plus élevés .
£onstituants _p_our_ obtenir _un lraitement_valable_ aveçjinJyjDe_d_' gents_detxaltement_doruiê_.
L'entraînement d'une partie des minéraux devant rester en sus-pension étant inévitable, on voit que si le rapport des constituants prendcertaines valeurs, l'entraînement des particules prend des proportionsconsidérables et annule la sélectivité .
L a sédimentation des flocons étant gênée par la présence desparticules en suspension, on ne doit pas dépasser une certaine con-centration en solides .
S) íí£ri!9!i§.I.'21!La^e.?_SÛSarâ^L^e_4eiîâlÈt.Î?!l£J^íárSQtes,_il est plus facilede_ les_séj)arer _en jElo ulant__lje comgosant le_pi.us_lourds _JDans_ c_e_
menten^vite^
^
Des règles précédentes tirées des travaux réalisés jusqu'ici, onvoit que chaque combinaison de minéraux nécessite une étude particulière .
L a connaissance du comportement des différents minéraux séparésaide beaucoup les investigations .
Il est très utile, en particulier, de connaître les charges de sur-face et le comportement électrocinétique .
5. - Cas de floculation sélective déjà réalisésou étudiés .
USANI et R I N E L L I ont étudié la séparation quartz-calcite, smithsonite,blende, pyrite, galène à partir de mélanges binaires et pour l'emploi de quatrefloculants commerciaux .
Certains de ces cas de séparation sont très intéressants mais l'étude aun caractère vraiment empirique et ne peut être considérée c o m m e étant terminéepour ces minéraux .
L a floculation sélective a été étudiée et réalisée pour les phosphates,certains minerais de fer, pour les sulfures, et des essais ont été réalisés à l'échellepilote ou industrielle.
Dans le domaine des argiles par l'emploi d'amidon certains chercheurs ontréussi à séparer la montmorillonite de la kaolinite ou de l'illite, halloysite .
Pour conclure ce survol général de la floculation sélective,on peut dire qu'un large champ d'investigations est ouvert tant par lanature des minéraux à séparer que par celle des produits susceptiblesd'être utilisés pour la floculation. La g a m m e des polymères organiquespouvant donner une infinité de variantes, on peut toujours penser obte-nir pour des cas d'espèce, une amélioration de la sélectivité par l'em-ploi de produits nouveaux, dont on devrait pouvoir prédéfinir en partieles caractéristiques .
6. - Etudes envisagées .
a) §Pour suivre d'une façon profitable, ainsi qu'orienter les tests
de floculation que nous allons effectuer, il est de premier intérêt de dispo-ser d'un appareil de mesure de potentiel électrocinétique .
Etant amenés à travailler sur des particules de très petitesdimensions, on ne peut envisager qu'un seul type d'appareil, un appareilde mesure électrophorétique .
Sous l'action d'un champ donné, on suit le déplacement desparticules étudiées afin d'en déterminer la vitesse .
Cette vitesse de déplacement est directement liée au poten-tiel électrocinétique des particules .
Dans ce type d'appareil, la dimension des particules observéesn'intervient pas .
c) A
Actuellement, trois appareils existent sur le marché :
. L e " Zeta Meter " (U. S. A . )
. Le " Cytosphèromètre " (Allemagne)
. Le " Rank Bros " (Angleterre) .
Io) Le " Zeta Meter " :
L'Ecole de Géologie de N A N C Y disposant de cet appareil,nous s o m m e s allés faire quelques manipulât! ons afin d'en connaître lespossibilités et les difficultés opératoires .
Jusqu'ici, les manipulations effectuées avec cet appareildans les laboratoires ont été soumises à caution quant à la valeur in-trinsèque des résultats obtenus .
On convient de dire que pour un m ê m e manipulateur, enprenant très soin de la préparation des échantillons, les résultats ob-tenus sont exploitables comparativement (ce qui est nécessaire dansune étude telle que la nôtre).
La réalisation des essais sur cet appareil est assez éprou-vante pour l'opérateur qui doit suivre le déplacement de particules trèspetites et lumineuses .
Les dispersions étudiées ont une teneur en solide très faible( quelques m g / 1 ) très différente de celle rencontrées en floculation .
Essais réalisés :
Pour déterminer une valeur du potentiel, il est nécessaire dedéterminer la mobilité d'au moins 20 particules ( ce qui est assez court ,les parcours durent moins de 10 secondes ).
Un certain nombre des échantillons emportés ont été étudiésen fonction du pK :
- argile de Bédenac C ,- quartz ,- rutile ,- alunite .
Muscovite
ArgileBedenac C
<lû p
Quartz
Rutile
Alunite
Point déchargenulle
6 < P C N < 7
pH 3,2S = - 21 m V
pH4,9S — 17 mV
pH 5S = - 20 m V
pH5+ 19 m V
pH 5-24 m V
pH 9,6S = - 52 m V
pH 9,5S = - 34 m V
pH 8,8S = - 41 m V
pH 9,5- 30 m V
pH 11,7- 43 m V
Ces valeurs doivent être considérées c o m m e approchées et comparatives
Autres essais
Mélange 50-50 en poids de quartz rutile .
Pour cette valeur du p H , les charges du rutile et du quartzsont de signes opposés, leur migration doit donc être de sens inverses.
Les particules ont dans ce cas une mobilité faible dans lesens des particules négatives pour une partie d'entre elles et une m o -bilité pratiquement nulle pour d'autres .
Il doit donc y avoir agglomération pour un certain nombre departicules. Les résultats de comptage montrent une plus grande dis-persion que dans le cas d'un seul constituant .
2°) essj^à^H_3j_3_:
O n a constaté que toutes les particules se déplacent c o m m e sielles étaient chargées positivement. L a dispersion des valeurs estgrande .
A ce p H , le quartz a encore un potentiel électronégatif lors-qu'il est seul en suspension .
O n doit donc penser qu'il y a déchargement du quartz par fixa-tion avec le rutile .
3°) essais_à_p_H_7,_8_:
Dans ces conditions, quartz et rutile ont séparément des char-ges négatives .
O n peut suivre, en effet, deux populations de particules dontl'une a une plus grande mobilité. O n peut donc espérer ainsi suivre lamobilité de deux espèces en mélange .
Toutefois, le choix des particules est subjectif et si l'on ne sefixait pas à l'avance de suivre une particule lente, on aurait tendance àne suivre que les particules rapides .
Suivre la mobilité de particules différentes dans une suspensionsemble donc délicat et très difficile à réaliser .
. Action des floculants sur la mobilité .
O n a étudié pour certains corps comment évoluait la mobilitédes particules après ajout de floculant .
On a constaté que pour les particules chargées négativementen présence d'un floculant anionique, la mobilité augmentait; pour uneparticule chargée positivement, elle diminuait .
Dans le cas d'argile de Bédenac A à p H 6,2 par ajout de flo-culant Floerger F A 40 (anionique 10 %), on constate une certaine flocula-tion bien que la mobilité augmente ce qui met en évidence le rôle des lon-gues chames des polymères synthétiques, dans la floculation .
Avantages et inconvénients de l'appareil :
L e " Zeta Meter " a u n certain nombre d'inconvénients :
. le grossissement m a x i m u m n'est que de 240 ,
. on ne peut l'utiliser avec des solutions fortement ioniques, c'est-à-direà des p H fortement alcalins ou fortement acides ,
. son prix d'achat est élevé ,
. il faut travailler avec des dilutions t rès grandes pour pouvoir effectuer lesmesures ,
. le délai de livraison est de trois mois
2°) L e " Cytosphèromètre " :
L e Centre de Transfusion Sanguine de N A N C Y possédant un deces appareils, j'ai pu discuter avec l'utilisateur et faire deux essais avecdes suspensions minérales .
- InÇ£nvénients_:
. L a boite d'alimentation fournie est prévue pour travailler avecdes solutions fortement ioniques, donc ne permet pas de tra-vailler avec les suspensions minérales sans ajouts d'ions ouaux valeurs de p H comprises entre 4 et 9.
. Son prix est élevé ( voisin de celui du Zeta Meter ").
. Une préparation des électrodes est nécessaire .
- A vantage^ :
. Le grossissement du microscope est de 800 .
. O n peut travailler avec des concentrations (en volume)de solide pouvant atteindre plus de 1 % .
. O n change de produit à étudier très rapidement .
. O n peut suivre la sédimentation des particules .
3°) Le " R a n k Bros " :
Cet appareil est de fabrication récente. Une publication anglaisesur la floculation sélective signale son emploi pour l'étude des minéraux .
Le Centre de Transfusion Sanguine de N A N C Y doit en recevoirun très prochainement .
" Avantages; :
. Son coût est pratiquement moitié des deux autresappareils ( 8000 F ) .
. Le système de mesure est du m ê m e type que celuidu cytosphèromètre .
. Le grossissement du microscope est de 400( 240 pour le Zeta Meter, 8 O O pour le cytosphèro-mètre) ce qui est suffisant .
. Il est équipé de deux types de cellule, circulaire etrectangulaire (pour le Zeta Meter, la cellule estcirculaire, et rectangulaire pour le cytosphèromètre).
. La boite d'alimentation permet de fixer tension ouintensité aussi bien pour étudier les solutions faible-ment ioniques que celles très ioniques .
. On peut travailler avec des suspensions à plus de 1 %de solide en volume .
La documentation sur cet appareil devrait arriver incessamment .
D e ce qui précède, il apparaît que l'acquisition de ce dernier appareil estla plus intéressante .
" uéphélomètre'lJTurWdimètre. :
U n moyen intéressant de suivre l'évolution de la floculation enfonction de divers paramètres est l'utilisation d'un turbidimètre .
L'étude sur la sélectivité allant nécessiter de nombreux dosagesd'éléments, pour obtenir plus rapidement les résultats, on sera certainementamené à réaliser nous -mêmes des analyses par colorimétrie .
c) Choix jdes_matières .
O n a montré que chaque composition constitue un cas particulierd'étude, donc on a intérêt à étudier certains pouvant déboucher directementsur une application effective .
Pour cette raison, on a retenu les séparations minéraux lourds,kaolins, quartz et rutile-quartz-kaolinite-hématite (minerai de rutile zirconde Bretagne).
Pour cette étude, on sera amené tout d'abord à travailler surles constituants des mélanges et de les tester avec divers floculants .
L'action concertée sur la valorisation et l'utilisation des miné-raux argileux nous fournit des échantillons de kaolin déjà préparés aux carac-téristiques connues :
. Overflow d'argile de Bédenac
. Overflew d'argile de Breuillet
. Overflow de kaolin de St-Hilaire
Minerai de rutile-zircon :
coupée à 10 u
L a préparation du minerai de rutile-zircon donne naissance à unequantité non négligeable de fines 5, 7 % du tout-venant et contenant 7,5 % durutile contenu dans le tout-venant .
Les constituants principaux des fines sont : quartz, rutile, ana-tase, kaolinite, hydrates de fer .
10
Pour suivre la répartition du titane dans ces fines, desétutriations à 3 et 5 microns ont été réalisées, et la répartition du titanerecherchée (la coupure a été fixée pour le rutile).
> 5 M
> 3 p
< 3 y
Tout-venant
%Ti
7,18
7,70
8,47
8,20
Fraction %
42
51
49
100
L e contrôle de la coupure a été fait par analyse granulomé-trique au Coulter pour la Traction < 3 v
O n obtient 82 % de passé à 3 u et 1,52 % de refus à 6 ^ .La coupure a été bonne si l'on tient compte de ce qu'elle a été déterminéepour le rutile, donc que les matériaux moins denses ont até déclassés.
Une étude à la microsonde de la répartition du titane met enévidence que celui-ci est très divisé mais permet de supposer qu'il est engrande partie exprimé, et que l'on peut espérer le récupérer .
L a mise au point d'une floculation sélective du titane seraittrès intéressante car, par sa densité il sedimente rapidement et le rapportde sa quantité à celle des autres constituants n'étant pas trop élevé ,, onpourrait ne pas avoir vu grand entraînement des autres particules, donc unebonne sélectivité .
Pour réaliser des essais à partir des constituants, un échantil-lon de rutile de Thann et Mulhouse a été broyé puis cyclone. On a établi lagranulométrie au Coulter. O n a trouvé que 13 % seulement du rutile était> 2 p . L'échantillon ainsi préparé est donc très intéressant pour suivrela récupération des très fines .
O n dispose aussi d'échantillons de quartz ot d'oligistes qui per-mettront de suivre la sélectivité des floculants sur les différents composantsdu minerai rutile-zircon.
Les premiers essais de floculation réalisés vont donc être orien-tés vers la séparation du rutile dans le mélange des fines du minerai .
