Amélioration de la Flottation des

Minéraux par les Oxydes d'Oléfines

Université Laval

Faculté des sciences et génie – Département de génie chimique

Par :

Donh Kossa

Devoir 3 - Chimie Physique de l’Ingénieur

15 Décembre 2014

Faculté des sciences et génie

Résumé

Les oxydes et les silicates sont les minéraux les plus abondants de la croûte terrestre. Leur

comportement de flottation est important à la fois en raison de leur valeur intrinsèque et leur

présence commune de minéraux de la gangue dans les minerais. Par ailleurs, les oxydes d'oléfines

ont une réactivité élevée et sont capables de réagir avec une variété de composés organiques et

inorganiques ; ce sont aussi des agents tensioactifs d'activité de surface élevée, capables

d'adsorption à partir du volume de phase liquide sur la limite de phase. Ces oxydes d'oléfines,

seraient donc potentiellement utiles et efficaces lorsqu'ils sont utilisés dans le procédé de flottation.

Table des matières

Résumé

Table des matières

Liste des figures

Liste des tableaux

Introduction

La flottation des minéraux d’oxydes et de silicates

Flottation de l’oxyde minéral

Flottation des silicates

L’utilisation des oxydes d’oléfine pour améliorer la flottation des minéraux

Les caractéristiques physico-chimiques des oxydes d’oléfine

Conclusion

Références

Liste des figures

Figure 1.1 Corrélation entre l'angle de contact, la densité d'adsorption, réaction de flottation, et le

potentiel zêta de quartz en fonction de la concentration d'acétate à un pH de 6-7 dodécylammonium

Figure 1.2 Corrélation entre l'angle de contact, la densité d'adsorption, le potentiel zêta, et la

récupération de flottaison. Quartz -4 × 10-5 mol/L DAA

Figure 1.3 Une carte Isogone pour l'angle de contact du quartz en fonction du pH pour l'ajout de sel

de dodécylamine.

Figure 2.1 Spectres IR non traités (─) et les hydrocarbures traités (---) (a) non traités, (b) traités

avec de l'oxyde d'éthylène.

Liste des tableaux

Tableau 2.1 Les homologues inférieurs de la série de l'oxyde d'oléfine

Introduction

La flottation est un procédé de séparation des particules en milieux aqueux basé sur la différence

d’hydrophobie des particules à séparer. Elle a lieu grâce à des propriétés des bulles gazeuses

existantes dans la solution, d’entraîner les petites particules hydrophobes. Elle est utilisée en

minéralurgie pour séparer des minéraux entre eux et dans le traitement des eaux usées pour éliminer

les graisses. Les oxydes et les silicates sont les minéraux les plus abondants de la croûte terrestre.

Leur comportement de flottation est important à la fois en raison de leur valeur intrinsèque et leur

présence commune de minéraux de la gangue dans les minerais. En raison de similitudes avec la

plupart des minéraux non métalliques, une connaissance approfondie de la chimie de surface de ces

minéraux est nécessaire pour optimiser la flottation.

La flottation des minéraux d'oxyde et de silicate

La flottation d’oxyde minéral

Il existe une gamme assez large de méthodes qui peuvent être utilisées pour séparer les minéraux

d'oxyde par flottation. Dans le cas de minerais de fer, le problème habituel est de séparer le quartz

hématite. Six procédures ont été développés, dont les quatre premiers ont été mis en pratique

industrielle (Fuerstenau, DW et Healy, 1972).

1. flottation d'hématite utilisant un sulfonate comme collecteur à un pH de 2-4.

2. flottation d'hématite avec un acide gras en tant que collecteur à un pH de 6-8

3. flottation du quartz avec une amine comme collecteur à un pH de 6-7

4. flottation de quartz activée avec des ions calcium à un pH de 11-12, en utilisant un savon en tant

que collecteur avec startch pour enfoncer le hématite.

5. flottation de l'hématite avec une amine en tant que collecteur à un pH de 1,5 dans la présence

d'acide chlorhydrique ou l'acide sulfurique.

6. flottation d'hématite avec un hydroxamate de collecteur à un pH de 8,5 et du

méthylisobutylcarbinol comme une buse.

En bref, la flottation d'hématite avec des sulfonates résulte de l'adsorption du collecteur anionique

sur l’haematite chargé positivement à un pH de 2 - 4 (quartz est chargé négativement chargé à ces

pH). Dans le second procédé, les acides gras chimisorbent l'hématite et ne s’adsorbent pas sur du

quartz. Dans le troisième procédé, l'aminé cationique est adsorbé sur le quartz hautement chargé

négativement mais pas sur l'hématite essentiellement non chargé. Dans le quatrième procédé, la

flottation de l'hématite est empêchée avec les macromolécules hydrophiles d’amidon qui

chimisorbent l'hématite à travers leurs groupes carboxyle. Sans l'amidon, l'hématite serait également

flotter dans ces conditions. Lors de la concentration des taconites non magnétiques, une méthode a

été mise en pratique industrielle qui implique la floculation sélective d'hématite fine, suivie de la

flottation des particules plus grossières de quartz par procédure 3 ou 4.

Pour comprendre le système de flottation en détail, il est utile d'utiliser un certain nombre de

méthodes expérimentales dans le même système. La figure 1.1 présente un sommaire des résultats

de plusieurs études pour le système de l'acétate de quartz-dodécylammonium, y compris la mesure

de la reprise de flottation avec un tube Hallimond, angles de contact, adsorption de collecteur avec

radiotraceurs et potentiels zeta avec un appareil de potentiel d'écoulement.

Cette figure illustre comment les mesures concernant les conditions à l'interface solide-liquide

(adsorption et le potentiel zêta) peuvent être corrélées directement avec les phénomènes de surface

qui reflètent des conditions complexes aux interfaces solide-liquide-gaz (angle de contact) et de

flottation. La figure 1.2 est un graphe similaire avec le pH comme la variable.

Encore une fois, ces quatre mesures expérimentales sont tous biens corrélés avec la flottation

rapide survenant au pH où le collecteur commence à hydrolyser. Un autre moyen de présenter le

comportement de flottation implique la détermination de la limite de flottation. Celui-ci utilise la

méthode dite de flottation à vide, bulle d'amorçage, ou les conditions dans lesquelles la reprise de

flottation est seulement une petite valeur (par exemple 5%) par la technique du tube Hallimond

modifié. La méthode habituelle consiste à tracer concentration de collecteur comme une variable et

le pH comme l'autre, donnant des courbes appelées courbes de pH critiques. La figure 1.3 est un

diagramme composite de flottation, angles de contact et densité d'adsorption pour le système de sel

quartz-dodécylamine, préparé à partir des angles de contact /données de flottation de Smith (1953)

et les données d'adsorption / flottation de De Bruyn (1955).

D'après ce tracé, on peut observer que, pour ce système, la limite de flottation se produit lorsque la

densité d'adsorption du collecteur est de 5 à 7% d'une monocouche et l'angle de contact est

d'environ 10 degrés. Comme on le verra bientôt, l’hydrolyse partielle (pH 9-10) facilite la flottation,

alors que lors de l'hydrolyse complète du collecteur, la flottation cesse (pH supérieur à 12).

La flottation des silicates

Les silicates sont les minéraux les plus abondants de la croûte terrestre. Bien qu'ils se produisent

dans la majorité des cas comme minéraux de la gangue dans de nombreux gisements de minerai, ils

servent aussi comme matières premières de base pour de nombreux minéraux. Similaire

chimiquement, mais structurellement différents, les silicates peuvent être séparées l'une de l'autre

par flottation. Un exemple remarquable est la séparation par flottation de spodumène (LiAlSi2O6),

la muscovite (KAL2 (AlSi3O10) (OH) 2, le feldspath (KALSi3O8) et de quartz (SiO2). Un autre

silicate, la pyrophyllite (Al2 (Si4O10) (OH) 2), est naturellement flottable. De telles séparations de

flottation sont possibles parce que les silicates forment des cristaux avec des propriétés de cristal

très diverses, en fonction de la manière dont les tétraèdres de silicium-oxygène polymérisent et

toutes les substitutions isomorphes dans le réseau. En raison de ces différences dans la structure

cristalline, les silicates varient entre posséder une surface hydrophobe, une charge de surface fixe,

de vastes sites de surface des métaux, et briser les liaisons Si-O qui contrôlent le comportement de

surface. Comme les surfaces de silicates sont généralement fracturées en raison des liaisons Si-O

brisées à la surface, l’adsorption électrostatique des ions de collection est important dans la

flottation de tels minéraux. Dans le cas de la chimisorption des collecteurs, l'interaction chimique

du collecteur avec des sites métalliques sur certains silicates fournit le moyen pour réaliser la

flottation sélectivité.

Récemment, plusieurs articles ont été écrites résumant le comportement de flottation de silicate

(Manser, 1975; Smith et Akhtar, 1976; Fuerstenau, MC et Palmer, 1976). Dans ce rapport, la chimie

des cristaux, les propriétés électriques à double couche, et la chimie de surface des silicates sont en

corrélation avec leur comportement de flottation.

L'utilisation des oxydes d'oléfines pour améliorer la flottation de minéraux

Les propriétés physico-chimiques des oxydes d'oléfines

Les homologues inférieurs de la série d'oxydes d'oléfines, comme l'éthylène, le propylène et l'oxyde

de butylène, sont parmi les produits de synthèse organique produits sur une grande échelle. La

réactivité élevée de l'oxyde d'oléfine se prête à la synthèse de toute une série de composés, tels

qu'une grande variété de solvants, de dispersants, de plastifiants, de produits chimiques et

pharmaceutiques, d’émulsifiants, etc.

Les propriétés des oxydes d'oléfines, notamment leur réactivité, sont déterminées par la présence

dans la molécule d'un atome d'oxygène ayant une forte propension à émettre un électron et changer

pour un nouvel état de valence (oxonium), conférant ainsi des propriétés basiques (alkanine) fortes

à la molécule (figure 2.1)

La grave distorsion des angles de valence des atomes d'oxygène fournit la source pour l'énergie

excédentaire facilitant la rupture de l'anneau d'oxyde et générant la réactivité extrêmement élevée

des oxydes d'oléfines vers une variété de composés organiques et inorganiques. Dans ce contexte,

certaines réactions sont possibles comme :

l’addition sans détachement de l'oxygène,

les réactions de déplacement impliquant le déplacement de divers hydroxydes de métaux à partir de

leurs sels dans les solutions aqueuses et conduisant à des hydroxydes de métaux lourds,

la réaction d'isomérisation impliquant la formation de composés isomères ayant le même poids

moléculaire, et conduisant à la transformation des oxydes en aldéhydes ou de cétones, en fonction

de la structure de l'oxyde,

les réactions de polymérisation conduisant à la formation de composés de poids moléculaire élevé

par rapport au produit de l'oxyde de départ.

Toutefois, ces polymères n’ont pas les mêmes propriétés que l'oxyde initial. Ainsi, la condensation

entre des oxydes d'oléfines et de composés apolaires conduit à la formation de substances tensio-

actives.

La mesure de la tension superficielle sur la limite liquide/gaz de solutions aqueuses d'oxyde

d'oléfine a montré que celui-ci agit comme les agents tensio-actifs de l'activité de surface élevée et

qu'il n'y a pratiquement pas de différence dans la valeur minimale obtenue pour la tension de

surface entre les différents représentants de l'oxygène homologues. Plutôt, ce faible pic est atteint à

diverses concentrations, tombant avec la montée de poids moléculaire (tableau 2.1)

Conclusion

En conclusion, on peut noter que les oxydes d'oléfines ont une réactivité élevée et sont capables de

réagir avec une variété de composés organiques et inorganiques ; aussi qu'ils sont des agents

tensioactifs d'activité de surface élevée, capables d'adsorption à partir du volume de phase liquide

sur la limite de phase.

Les facteurs ci-dessus sont occasionnés par les caractéristiques structurales de la molécule d'oxyde

d'oléfine, notamment par la distorsion des angles de valence des atomes de carbone et la présence

d'oxygène en tant que l'un des atomes les plus électronégatifs entre leurs atomes constitutifs. Cette

évaluation des propriétés physico-chimiques des oxydes d'oléfines, par conséquent, semble

confirmer l'hypothèse que ces agents sont potentiellement utiles et efficaces lorsqu'ils sont utilisés

dans le procédé de flottation.

Références

R.P.King, Principles of Flotation, Chamber of Mines Professor of Extractive Mettalurgical Engineering,

University of the Witwatersrand, Johannesburg, P 109-112, 137-138

V. I. Tyrnikova and M. E. Naumov, Improving the effectiveness of flotation, English Edition 1981,

TEchnicopy Ltd., Stonehouse, Glos., England, Translated from the Russian by C D Zundorf F.I.L, P 100-106

Wikipédia, Mars 2013, http://fr.wikipedia.org/wiki/Flottation (accédé en Décembre 2014)

Chimie Physique de l’ingénieur, Chapitre 2, Phénomène de surface et Tension superficielle, P 45,

https://www.portaildescours.ulaval.ca/contenu/sitescours/036/03604/201409/site55930/modules/

module334443/page219651/bloccontenu746987/cours_Chapitre%202.pdf?

identifiant=b73a8118e44377bb00acf69b0d62a34012b4c8e2