Amélioration de la Flottation des
Minéraux par les Oxydes d'Oléfines
Université Laval
Faculté des sciences et génie – Dépa...
Résumé
Les oxydes et les silicates sont les minéraux les plus abondants de la croûte terrestre. Leur
comportement de flott...
Figure 1.1 Corrélation entre l'angle de contact, la densité d'adsorption, réaction de flottation, et le
potentiel zêta de ...
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 c...
radiotraceurs et potentiels zeta avec un appareil de potentiel d'écoulement.
Cette figure illustre comment les mesures con...
modifié. La méthode habituelle consiste à tracer concentration de collecteur comme une variable et
le pH comme l'autre, do...
surface. Comme les surfaces de silicates sont généralement fracturées en raison des liaisons Si-O
brisées à la surface, l’...
La grave distorsion des angles de valence des atomes d'oxygène fournit la source pour l'énergie
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En conclusion, on peut noter que les oxydes d'oléfines ont une réactivité élevée et sont capables de
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Session Report (Automn 2014) - Physical Chemistry Engineer / Rapport de session (Automne 2014) - Chimie Physique de l'Ingénieur

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Oxides and silicates are the most abundant minerals in the earth's crust. Their flotation behavior is important both for their intrinsic value and their joint presence of gangue minerals in the ore .

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.

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Session Report (Automn 2014) - Physical Chemistry Engineer / Rapport de session (Automne 2014) - Chimie Physique de l'Ingénieur

  1. 1. 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
  2. 2. 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
  3. 3. 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.
  4. 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
  5. 5. 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
  6. 6. 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
  7. 7. 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)
  8. 8. 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
  9. 9. 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/module3344 43/page219651/bloccontenu746987/cours_Chapitre%202.pdf?identifiant=b73a8118e44377bb00acf69b0d62a 34012b4c8e2

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