Procédé de flottation : Séparation des minéraux sulfurés

Le procédé de flottation des minéraux

Objectif de la flottation

La flottation est un procédé physico-chimique qui permet la séparation sélective des sulfures de minéraux valorisables, comme ceux de cuivre et de molybdène, du reste des minéraux (la gangue) présents dans le minerai d'origine. La flottation est réalisée sur une pulpe issue du broyage, à laquelle ont été préalablement ajoutés les réactifs nécessaires. Cette pulpe est introduite dans des cuves appelées cellules de flottation.

De l'air y est injecté sous forme de bulles, tandis que la pulpe est maintenue sous agitation constante pour favoriser un contact intense entre les particules minérales et les bulles d'air.

Description du procédé

Pour obtenir le produit désiré, la pulpe passe généralement par plusieurs étapes ou cycles de flottation. Cela génère un concentré. Par exemple, pour un minerai de cuivre, la teneur peut passer de 1% dans la roche initiale jusqu'à environ 31% dans le concentré final. Ce concentré est ensuite séché à l'aide d'équipements appropriés avant d'être envoyé vers les étapes de traitement ultérieures, comme la fusion.

La flottation est donc un procédé de concentration basé sur la séparation sélective des espèces minérales en fonction de leurs propriétés de surface, notamment leur caractère hydrophobe (naturel ou induit chimiquement). Pour bien appréhender la flottation, il est essentiel de la considérer à la fois comme un système de réactions chimiques et comme une technique métallurgique clé.

Flottation par moussage

La flottation par moussage est la méthode la plus courante pour traiter les pulpes minérales. Elle vise à séparer un produit valorisable (le concentré) d'un rejet (la gangue), sous une forme facile à manipuler. Dans des conditions physico-chimiques contrôlées, les particules minérales cibles, rendues hydrophobes par l'action de réactifs spécifiques, s'attachent aux bulles d'air injectées dans la pulpe. Ces agrégats particules-bulles flottent ensuite à la surface pour former une écume minéralisée, qui est récupérée.

Granulométrie adaptée

La flottation classique par moussage s'applique efficacement à des particules dont la taille (granulométrie) est généralement comprise entre 0,002 mm (2 µm) et 0,3 mm. La plage optimale dépend de facteurs tels que la densité des minéraux et leur degré de libération (à quel point les différentes espèces minérales sont séparées les unes des autres par le broyage).

Types de flottation

On distingue principalement deux stratégies de flottation :

• Flottation collective : Elle vise à récupérer ensemble plusieurs minéraux valorisables dans un même concentré. Le produit sépare donc les minéraux en deux groupes : le concentré collectif et le rejet.
• Flottation sélective (ou différentielle) : Son objectif est d'isoler une seule espèce minérale valorisable dans le concentré, en la séparant des autres minéraux (valorisables ou non).

Technologie et réactifs

Principe de fonctionnement

La technologie de flottation repose sur l'exploitation et la modification des propriétés de surface des minéraux pour séparer sélectivement les particules hydrophobes (qui n'aiment pas l'eau et s'attachent aux bulles d'air) des particules hydrophiles (qui préfèrent l'eau). Ce processus est mis en œuvre dans des machines spécifiques (cellules de flottation) où les conditions opératoires (chimie, aération, agitation) sont soigneusement contrôlées.

Rôle crucial des réactifs

Les réactifs de flottation sont des composants chimiques essentiels qui permettent de contrôler les propriétés de surface des minéraux et de stabiliser la mousse. Les plus importants sont :

Les collecteurs

Ce sont des composés organiques tensioactifs dont le rôle principal est de se fixer sélectivement à la surface des particules minérales que l'on souhaite faire flotter, afin de les rendre hydrophobes. L'adsorption du collecteur sur la surface minérale est un phénomène clé.

L'action spécifique des collecteurs fait l'objet d'intenses recherches, bien que les mécanismes exacts de leur adsorption sélective sur les différentes surfaces minérales soient encore parfois débattus dans la communauté scientifique.