Galène
Minéraux de Zn et Pb oxydés
Il est bien connu quil existe une différence entre les minéraux sulfurés et oxydés en ce qui concerne leur séparation par flottation. Il est facile de récupérer du Zn à partir de la sphalérite et du Pb de la galène même en utilisant des collecteurs de xanthate mais il nen est pas de même pour le Zn de la smithsonite (Zn CO3) et le Pb de la cérussite (PbCO3).
Flottation de Zn et Pb les minéraux oxydés sont difficiles car il nexiste pas de collecteurs à action directe connus capables de produire des concentrés métalliques uniques. Le besoin de nouveaux collecteurs spécifiques se fait particulièrement sentir dans le cas des minéraux de plomb et de zinc oxydés car leur surface – contrairement à celle de la variété sulfure – nest pas facilement rendue hydrophobe par les collecteurs généralement utilisés, pour obtenir une flottation efficace. De plus, la solubilité de ces oxydes minéraux est élevée. Par conséquent, le collecteur interagit également avec les cations métalliques mis en solution, augmentant ainsi considérablement la quantité de réactif nécessaire à la flottation. Il est donc courant de sulfurer de tels minéraux avant flottation afin de préparer leur surface à recevoir des xanthates, collecteurs généralement adoptés pour la concentration des sulfures. Généralement, les collecteurs normalement utilisés dans les usines denrichissement nagissent que si le minerai a été soumis à une phase préalable de sulfuration qui est extrêmement délicate et critique. En fait, la sulfuration nécessite un dosage prudent pour éviter de rendre la surface minérale inerte.
Ainsi, les collecteurs classiques ont une affinité pour des classes minéralogiques données, tandis que les réactifs chélateurs – lorsquils sont adsorbés chimiquement sur la surface minérale – ont une spécificité envers cations, indépendamment de la forme minéralogique du solide.
Cependant cette approche présente également deux inconvénients principaux, dune part, une consommation excessive (Marabini 1973, Marabini et al. 1983), et dautre part, labsence de chaîne aliphatique ce qui rend la surface minérale hydrophobe.
En fait, les réactifs chélatants disponibles dans le commerce sont presque toutes des molécules aromatiques sans longue chaîne hydrocarbonée; ainsi, bien que la particule minérale chélatée soit assez hydrophobe, elle nest pas suffisamment aérophile pour assurer la flottation. Des études sur les minéraux oxydés (Usoni et al.1971, Rinelli et al.1973, Marabini 1975, Rinelli et al.1976) ont été réalisées pour rendre les particules hydrophobes en rendant disponibles des groupes organiques à longue chaîne contemporains (comme mazout ou mousseur huileux) et agents chélateurs.
La première application de ce concept date de 1973. Un réactif chélatant, à savoir la 8-hydroxyquinoléine (figure 1) avec du fioul, a été utilisé pour faire flotter des minéraux oxydes-sulfures mixtes de Zn Pb (Rinelli et al. 1973). De bonnes récupérations ont été obtenues sur un minerai contenant 7,3% Zn avec 1,4% sous forme de sphalérite et 0,9% Pb avec 1,4% sous forme de galène.
Figure 1. Structure du chélate de MBT-Pb.
Sur la base des points soulevés jusquà présent, il apparaît que les composés chélateurs connus forment une classe de réactifs qui peuvent être utilisés pour la flottation des minerais métalliques, fournissant artificiellement la longue chaîne partie organique en introduisant une huile neutre (fioul). Mais lintroduction dune nouvelle phase liquide dans la pâte de flottation est dommageable pour le système dans son ensemble et nest pas disponible à léchelle industrielle.
Les études ont donc été orientées vers la synthèse de nouvelles molécules organiques contenant à la fois des groupes chélateurs aromatiques fonctionnels sélectifs et des portions hydrophobes à longue chaîne alkyle. Cela se fait en modifiant les collecteurs chélateurs connus.
En effet, de nombreuses recherches ont été effectuées sur la conception de collecteurs chélateurs sélectifs; cela a abouti à la proposition et à la synthèse de nombreuses structures pour des essais en laboratoire sur des minerais de plomb / zinc avant la réalisation dessais à léchelle pilote et à léchelle de lusine.
Sur la base de calculs thermodynamiques pour la sélection de collecteurs complexants théoriquement sélectifs envers un cation (Marabini et al. 1983), deux classes de réactifs ont été proposées par Marabini et al. (Marabini et al. 1988 et 1989, Nowak et al. 1991) pour la flottation de Zn et Pb oxydés dans une usine pilote. On a beaucoup écrit sur le rôle de la chaîne aliphatique dans les collecteurs conventionnels (Cases 1968, Predali 1968, Somasundaran 1964) mais les travaux concernent de nouveaux réactifs de type chélate, des types mercaptobenzothiazole (MBT) et aminothiophénol (ATP) ayant un mélange aromatique. –Tructure aliphatique. La partie aromatique contient des groupes chélateurs fonctionnels spécifiques qui sont sélectifs envers le zinc ou le plomb des minéraux oxydés (le MBT est sélectif envers le plomb et lATP envers le zinc) tandis que la partie aliphatique est constituée dune chaîne hydrocarbonée qui rend le complexe de surface hydrophobe.
Laction collectrice du MBT est donc attribuable à la formation dun film superficiel chimisorbé sélectivement sur la surface minérale rendue hydrophobe par la chaîne aliphatique.
En fait dans le cas des oxydés hydrophiles minéraux, la portion aromatique-hétérocyclique du MBT seule ne suffit pas à rendre la surface suffisamment hydrophobe pour assurer la flottation. Par conséquent, une chaîne aliphatique doit être introduite dans la structure moléculaire. La chaîne aliphatique est nécessaire pour assurer une condition hydrophobe et donc un pouvoir de collecte pour le réactif chélateur aromatique (MBT ou ATP).
Il a été démontré que trois atomes de carbone est la longueur de chaîne minimale nécessaire pour assurer le pouvoir de collecte qui saméliore avec la longueur de la chaîne aliphatique. Les performances sont légèrement améliorées par la présence dun atome doxygène déther.
En ce qui concerne les réactifs de type ATP, ceux-ci (comme les bases de Schiff qui en dérivent) exercent une action chélatrice vis-à-vis du Zn (Barbaro et al. 1997). La chélation se produit par des liaisons faibles avec lazote et –SH comme indiqué (Figure 2).
Figure 2. Structure du chélate dATP-Zn.
La formation dun film superficiel chimisorbé est suffisamment stable pour tenir compte de laction de collecte. La sélectivité des molécules contenant de lATP et différentes chaînes aliphatiques a été étudiée par des tests de flottation.
Dans ce cas, le rôle de la chaîne aliphatique et de léther oxygène est plus décisif que pour le MBT pour assurer la stabilité de la phase adsorbée et donc flottabilité. La sélectivité augmente avec le nombre datomes de carbone dans la chaîne.
En particulier, la présence de loxygène dans la chaîne améliore la sélectivité, tandis que dans les réactifs de classe MBT, seule la longueur de chaîne est efficace. Cette différence peut sexpliquer par la structure chimique différente des deux réactifs. Dans le cas du MBT, leffet du substituant aliphatique est principalement dû à son effet hydrophobe, et donc à sa longueur qui favorise lattraction réciproque des chaînes de la couche adsorbée.
En revanche, dans le cas dATP, leffet du substituant aliphatique est dû non seulement à son effet hydrophobe, mais également à son effet sur la réactivité de la tête polaire aromatique de la molécule. En fait, le groupe fonctionnel chélatant lATP a une réactivité plus faible que le MBT, et est donc plus sensible à leffet du substituant sur son unique cycle benzénique (alors que le MBT a deux structures aromatiques). Pour cette raison, dans le cas de lATP, il est possible dobserver que la présence de loxygène dans la chaîne améliore grandement la sélectivité. Leffet positif du groupe RO en position para vis-à-vis de lazote de lATP peut être expliqué par leffet de libération délectrons dû à la résonance de loxygène avec le noyau benzénique, ce qui augmente la réactivité avec le groupe azote (Morrison 1973 ).
Dans le cas de lATP, qui forme une liaison moins stable avec le cation minéral et qui consiste en un seul cycle benzénique, leffet conjugatif de loxygène éther et leffet hyperconjugatif des groupes alkyles sont plus évident que pour MBT. La sélectivité est améliorée par linsertion doxygène dans la chaîne et également par une augmentation de la longueur de la chaîne. Ici, leffet de la chaîne alkyle sur la fonction aromatique est plus marqué, permettant une modulation de la sélectivité.
Cette recherche basée sur la conception et la synthèse de nouveaux réactifs de flottation ouvre de nouvelles possibilités dans le domaine du Pb métallique et Récupération des minéraux de Zn par flottation.