Flottation - Mécanismes et réactifs

La croissance industrielle durant le XX ^e  siècle a nécessité des quantités considérables de métaux et, de ce fait, la mise en œuvre de procédés compatibles avec le traitement de masses rocheuses énormes. Parmi ces procédés, la flottation permet de séparer les solides entre eux, en mettant à profit les différences existant entre leurs propriétés superficielles dans une solution aqueuse et en présence d’air. Plus tard, ce procédé a été appliqué à la séparation solide-liquide (flottation de précipité) et à l’extraction d’ions en solution (flottation ionique).

Le principe de la flottation des minerais est le suivant : les particules solides sont mises en suspension par agitation dans de l’eau après qu’un broyage en humide, plus ou moins poussé, ait libéré de la gangue l’espèce minérale valorisable. Ce mélange solide-eau (ou pulpe) est conditionné avec un réactif chi-mique appelé collecteur , dont le rôle est de rendre hydrophobe la surface du minéral à flotter, afin de lui conférer une affinité plus grande pour la phase gazeuse que pour la phase liquide.

On obtient une action sélective du collecteur en faisant appel à des modificateurs, les déprimants et les activants, qui modifient son affinité pour certaines surfaces minérales. Il s’agit alors du procédé de flottation différentielle, permettant par exemple la séparation des sulfures, des oxydes, des silicates, des sels.

La pulpe ainsi conditionnée est introduite dans des réacteurs munis d’agitateurs aérés (cellules de flottation) ou d’injecteurs d’air (colonne de flottation) ou d’électrodes (électroflottation) générant des bulles d’air et les dispersant. Les particules rendues hydrophobes se fixent à la surface des bulles qui constituent un vecteur de transport grâce à leur mouvement ascensionnel vers la surface libre de la pulpe. On obtient ainsi une mousse surnageante chargée en solides, appelée écume . La taille des bulles (et en cela l’aire interfaciale liquide-air) et la durée de vie de la mousse sont modulées par l’addition d’un moussant . Le liquide entraîné est drainé par gravité à l’intérieur même de la mousse, laquelle est recueillie par débordement.

On peut donc définir plusieurs opérations élémentaires lors du processus de flottation :

• conditionnement des surfaces des solides par des modificateurs de l’adsorption du collecteur ;

• adsorption du collecteur sur la surface d’un solide déterminé ;

• contact entre les particules solides et les bulles d’air ;

• transport...