Procédé pour diminuer la quantité d'eau contenue dans les pulpes de minerais nickelifères oxydés par injection d'un floculant acrylique

Description

[0001] L'invention concerne un nouveau procédé permettant d'éliminer le maximum de l'eau continue dans les pulpes de minerai de nickel oxydé.

[0002] Elle a plus particulièrement trait aux conditions de floculation et de décantation desdits minerais qui peuvent à un moment ou un autre de leur traitement se retrouver partiellement ou totalement sous forme d'une pulpe plus ou moins diluée.

[0003] Ces pulpes sont caractérisées le plus souvent par le fait :

• qu'elles sont extrêmement diluées, puisque 70% du poids de la pulpe peut être constitué d'eau et 30 % seulement de solide,
• qu'elles ne peuvent pas naturellement sédimenter de manière à obtenir une phase aqueuse limpide et une pulpe très épaissie,
• qu'elles ne sont pas manipulées autrement que par pompage,
• qu'elles ne peuvent pas être, sans un séchage thermique préalable, fort coûteux, utilisées directement dans les fours permettant l'élaboration du métal.

[0004] Un nombre considérable de documents, thèses, brevets, concernant la floculation et la décantation des pulpes minérales ont été publiés tant dans le domaine du traitement des eaux que de celui du traitement des minerais. Toutefois, l'application stricte des procédés ainsi décrits aux minerais nickelifères oxydés garniéritiques se traduit soit par une inefficacité totale, soit par un coût de mise en oeuvre prohibitif.

[0005] Au US-A-4 110 401, on traite des pulpes lixiviées en milieu acide et non en milieu neutre à des températures supérieures à 150°C et non à la température ambiante, tandis qu'au SU 1 754 162, on propose l'utilisation simultanée d'un floculant et d'un coagulant sans dilution préalable de la pulpe.

[0006] A titre d'exemple, nous citerons la seule étude connue sur les minerais de nickel oxydés et décrite dans le brevet d'invention français 2 320 781. Ce brevet décrit une méthode de floculation, qui consiste à ajouter 1500g/Ts de floculant, après avoir amené le pH à une valeur de 6,7. Les pulpes ainsi floculées décantent très lentement, puisque la surface nécessaire de décantation calculée selon la méthode de Kynch. Roberts est de l'ordre de 45 à 46 m²/Ts/h, la concentration des sousverses, pulpe épaissie, étant alors doublée, puisque passant de 10% de matière sèche à 20% de matière sèche par kilogramme de pulpe. Un procédé de ce genre est inapplicable économiquement et génère des coûts de floculant très élevés et des surfaces de décanteur énormes, puisque pour traiter 100 Ts/h il faudrait 4 600m² de décanteur, soit un appareil de 77m de diamètre.

[0007] Par ailleurs, l'application de ce procédé dans une installation industrielle, et notamment de doses aussi considérables de floculant organique, se traduirait par de grandes difficultés d'exploitation. En effet, comme ceci a déjà été décrit dans la littérature (voir livre Mineral Processing Plant Design de Mular et Bhoppi. Society of Mining Engineers, 1978, p.570), la marche du décanteur serait perturbée par la formation d"'iles", agrégats de solide visqueux, empêchant la sédimentation des particules.

[0008] L'invention pallie ces inconvénients par un procédé qui consiste successivement

• à diluer la pulpe à l'eau à une concentration inférieure à 150g de solide par litre et, de préférence, inférieure à 80g de solide par litre,
• à injecter dans la pulpe diluée une solution aqueuse diluée à moins de 1g par litre et, de préférence, à moins de 0,5g par litre, d'un floculant organique à base d'un copolymère dérivé de l'acide acrylique faiblement anionique et de masse moléculaire moyenne en poids de 2.10⁶ à 3.10⁶, en une dose de 50 à 1000 g par tonne de matière sèche de la pulpe et à laisser la solution injectée en contact avec la pulpe diluée pendant une durée suffisante pour obtenir une surverse contenant moins de 100mg de solide par litre et une sousverse contenant entre 450 et 300g de solide par litre, et
• à séparer la sousverse de la surverse.

[0009] De manière paradoxale, on dilue délibérément la pulpe avant floculation pour finalement mieux enlever l'eau par la floculation.

[0010] L'ensemble du procédé peut s'effectuer à la température ambiante (5 à 35°C).

[0011] Le premier stade du procédé consiste à diluer la pulpe à l'eau à une concentration inférieure à 150 g de solide par litre et, de préférence, inférieure à 80 g de solide par litre. On utilise, de préférence, un minerai de granulométrie inférieur à 500 microns.

[0012] Le deuxième stade du procédé suivant l'invention consiste à injecter dans la pulpe diluée une solution aqueuse diluée d'un floculant organique à base d'un copolymère dérivé de l'acide acrylique. Le floculant peut être un sel d'acide acrylique de la famille des polyacrylamides ayant une masse moléculaire moyenne en poids de 2.10⁶ à 3.10⁶ et dont 40% au plus et, de préférence, 30% au plus du nombre des motifs du copolymère portent une charge de surface négative telle qu'elle peut être mesurée par potentiométrie. Des floculants de ce genre sont disponibles par exemple sous le nom d'AF 400 chez la Société BASF ou AN 934 chez la Société Floerger.

[0013] La dose de floculant est d'autant plus grande que la granulométrie du solide de la pulpe est plus petite. La dose va de 300 à 1000g et, de préférence, de 300 à 500 g par tonne de matière sèche de la pulpe pour une granulométrie des solides de celle-ci inférieure à 15 microns. La dose va de 60 à 160 g par tonne de matière sèche pour une granulométrie inférieure à 200 microns. La durée de mise en contact de la pulpe et de la solution du floculant est inférieure à 2 minutes et, de préférence, inférieure à 1 minute lorsque la floculation a lieu dans une cuve agitée. Un temps de contact trop long peut détruire les flocs déjà formés.

[0014] De préférence, le floculant est injecté en plusieurs endroits dans la pulpe diluée. Cette injection peut se faire dans une cuve agitée avec modération ou, et le résultat est encore plus efficace, dans la cuve de floculation et dans la tuyauterie d'arrivée des pulpes dans le décanteur, voire même dans le puits d'injection du décanteur.

[0015] Lorsque la floculation a lieu dans une cuve agitée, le temps de séjour de la pulpe dans le réacteur ne doit pas dépasser 2 minutes et, de préférence, 1 minute, des temps de séjour trop longs pouvant détruire les flocs déjà formés.

[0016] Lorsque la floculation est effectuée en plusieurs endroits du circuit, on peut utiliser avantageusement la répartition suivante : un tiers de la quantité totale de floculant dans le réacteur de floculation, un tiers dans la tuyauterie d'amenée de la pulpe vers le décanteur et le tiers restant dans le puits d'alimentation du décanteur. Cette répartition peut être modifiée selon le type de minerai à traiter.

[0017] Si la dose totale de floculant est insuffisante, la floculation sera incomplète et la sousverse du décanteur sera très chargée en solide, ce qui est contraire à l'effet recherché. Parallèlement, et cela peut-être important si les solides doivent subir une filtration mécanique ultérieure, les sousverses du décanteur ne seront pas assez épaissies, ce qui nécessitera des surfaces de filtration importantes.

[0018] Si la dose totale de floculant est trop importante, on n'améliorera en aucune façon les caractéristiques des surverses et des sousverses tout en s'exposant au phénomène d"'ile" évoqué précédemment.

[0019] La pulpe ainsi floculée décante alors rapidement de manière à obtenir une surverse claire contenant très peu de solide en suspension (moins de 100mg/l et une surverse concentrée comprise, selon la granulométrie des pulpes traitées, entre 450 et 300 g/l. Cette sousverse est alors apte à être pompée vers des installations qui vont poursuivre l'élimination de l'eau résiduelle, comme par exemple la filtration mécanique ou le séchage thermique.

[0020] Le pH des pulpes à floculer n'est pas vérifié ni régulé, l'opération se déroulant en général pour des valeurs de pH comprise entre 6 et 8.

[0021] Selon le traitement que l'on veut faire subir ultérieurement aux sousverses de décanteur, et notamment dans le cas où ces sousverses sont destinées à être filtrées par des procédés mécaniques tels que les filtres presses on peut ajouter avant le floculant un certain nombre d'adjuvants, qui sont pratiquement sans effet sur les performances de la décantation, mais améliorent grandement les vitesses de filtration.

[0022] Parmi ces adjuvants, on peut citer :

la chaux à des doses comprises entre 1 et 3% en poids par rapport à la matière solide contenue dans la pulpe,

les coagulants de la famille des polyamines fortement cationiques dont au moins 50% des motifs portent une charge positive et ayant une masse moléculaire moyenne en poids inférieure à 3.10⁶, tels que le produit vendu sous la marque FL 28 P2 par la Société Floerger.

[0023] On utilise en général la polyamine à raison de 1 à 50 à ppm en poids par rapport aux solides de la pulpe.

[0024] Les exemples suivants illustrent l'invention.

[0025] Tous les essais ont été effectués dans un décanteur de laboratoire vendu par la Société ENVIROCLEAR, caractérisé par le fait que la floculation et la décantation s'opèrent de manière dynamique et non pas statique, comme c'est le cas dans le cas des essais en éprouvette connus de l'homme de l'art sous le nom de JARTEST.

[0026] Le décanteur de laboratoire Enviro-Clear est un décanteur de diamètre interne 10 cm, continu et qui permet la floculation-décantation des pulpes de manière dynamique.

[0027] L'alimentation en pulpe à floculer se fait par le milieu du décanteur. La hauteur du tuyau d'arrivée des pulpes est réglable et permet d'alimenter le décanteur dans le lit de boue. Ceci a plusieurs avantages :

. il y a emprisonnement des flocs dans le lit de boue, ce qui limite la présence de flocs dans la surverse;

. dans la partie supérieure du lit de boue (au-dessus de l'alimentation), des remous permanents permettent une poursuite de la floculation et une croissances des flocs.

[0028] L'injection du floculant se fait dans le tuyau d'alimentation en pulpe. avant l'arrivée dans le décanteur. Ceci permet une bonne dispersion du floculant dans la pulpe.

[0029] Un déflecteur, placé au-dessus de l'arrivée de la pulpe, assure une bonne répartition et une homogénéisation de la pulpe. L'écart séparant le déflecteur du tuyau d'alimentation est réglable.

[0030] Un système d'agitation avec des pulpes décalées permet une meilleure dispersion de la pulpe à son arrivée dans le lit et assure une décantation plus homogène.

[0031] Un capteur de niveau de boue, basé sur la réflexion du signal émis par des lampes infrarouge, est placé sur le côté du décanteur. Sa hauteur, par rapport au niveau d'arrivée de la pulpe, est réglable et régit donc la hauteur du niveau de boue au-dessus de l'alimentation. La pompe de soutirage est asservie à ce capteur de niveau.

[0032] Les pompes d'alimentation en pulpe, en floculant et de soutirage sont des pompes péristaltiques.

[0033] Après avoir réglé les caractéristiques géométriques de l'appareil (hauteur de boue - niveau d'injection de la pulpe), on injecte une solution diluée de floculant (dilution 0,1 g/l) dans la pulpe avant alimentation de l'appareil.

[0034] De la même manière le débit de pulpe est assuré par une pompe à vitesse variable permettant de balayer une gamme étendue de débit.

[0035] Après avoir atteint l'équilibre on échantillonne la surverse et sousverse afin d'en mesurer les principales caractéristiques, à savoir :

concentration en % ms ou en g/l pour la sousverse,

taux de matières en suspension en mg/l pour la surverse.

Exemple 1 (comparatif)

[0036] Une pulpe de minerai de nickel de granulométrie 0/250µ est diluée à 68,8 g/l.

[0037] Cette pulpe est pompée vers le décanteur à un débit de 10 l/h, ce qui correspond à un débit volumétrique de 1,27 m³/m²/h de décanteur et à un débit de solide de 0,087 Ts/m²/h, ce qui correspond à une surface de décanteur de 11,44 m²/Ts/h de solide à décanter.

[0038] On ne rajoute pas de floculant dans la pulpe.

[0039] Après 1 heure de fonctionnement continu il n'apparaît aucune sédimentation et la concentration de la sousverse et de la surverse sont pratiquement identiques à celle de l'alimentation soit 68,8 g/l. Tout au plus on peut noter que les particules supérieures à 100 microns sédimentent dans l'appareil.

Exemple 2

[0040] Une pulpe part aliquote de celle utilisée dans l'exemple 1 est injectée dans les mêmes conditions de débit dans le décanteur de laboratoire.

[0041] Une solution diluée à 0,1 g/l de floculant SEDIPUR AF 403 est ajoutée de manière à utiliser une quantité de floculant actif de 150 g/Ts à floculer.

[0042] Après 1 heure de fonctionnement continu, on échantillonne la surverse et la sousverse et on obtient une surverse ayant une concentration de 112mg/l et une sousverse ayant une concentration de 531 g/l.

Exemple 3

[0043] Une pulpe de minerai de nickel de granulométrie 0/63 µ est diluée à 69,6 g/l.

[0044] Cette pulpe est pompée vers le décanteur à un débit de 10 l/h soit dans les mêmes conditions que lors des exemples 1 et 2.

[0045] Le floculant AF 403 est ajouté dans les mêmes conditions que dans l'exemple 2, mais à une quantité de matière active de 200 g/Ts.

[0046] Après une heure de fonctionnement continu, on échantillonne la surverse et la sousverse. On obtient alors une surverse ayant une concentration de 102 mg/l et une sousverse de 470 g/l.

Exemple 4

[0047] Une pulpe de minerai de nickel de granulométrie 0/15 µ est diluée à 73,6 g/l.

[0048] Les conditions opératoires sont les mêmes que lors de l'exemple 3, sauf pour le floculant qui est injecté à une quantité de matière active de 450g/Ts.

[0049] Après une heure de fonctionnement continu, on échantillonne la surverse et la sousverse.

[0050] On obtient alors une surverse ayant une concentration de 112 mg/l et une sousverse de 354 g/l.

Exemple 5

[0051] On prend la pulpe de l'exemple 2, mais cette pulpe n'est pas diluée avant traitement et elle se trouve à une concentration de 215 g/l.

[0052] Cette pulpe est injectée dans les conditions de l'exemple 2 et la floculation est également pratiquée de la même manière.

[0053] On constate alors que la floculation est très mauvaise et après 1 h de fonctionnement la surverse est très chargée à 5g de solide par litre.

[0054] On modifie alors le dosage de floculant pour injecter une dose correspondant à 280 g/Ts.

[0055] Dans ces conditions et après une heure de fonctionnement on retrouve des résultats voisins de ceux de l'exemple 2.

Exemple 6

[0056] On prend la pulpe de l'exemple 2 diluée à 70 g/l et, avant injection dans le décanteur, on conditionne la pulpe en ajoutant 125 ppm (parties par million) en volume d'un coagulant de marque Floeger FL 28 PE dilué à 1g/l. Ce conditionnement est opéré dans un réacteur agité dans des conditions normales de 100 l.

[0057] On injecte la pulpe au débit de 10 l/h après avoir ajouté du floculant (type SEDIPUR AF 403) à la dose de 150 g/l.

[0058] Après une heure de fonctionnement continu on échantillonne la surverse et la sousverse.

[0059] On obtient alors une surverse ayant une concentration de 4 mg/l et une sousverse de 470 g/l.

Revendications

1. Procédé pour diminuer la quantité d'eau contenue dans les pulpes de minerai nickelifère oxydé, comprenant les stades successifs suivants :

- à diluer la pulpe à l'eau à une concentration inférieure à 150 g de solide par litre,

- à injecter dans la pulpe diluée une solution aqueuse diluée à moins de 1g par litre d'un floculant organique à base d'un copolymère dérivé de l'acide acrylique faiblement anionique et de masse moléculaire moyenne en poids de 2.10⁶ à 3.10⁶, en une dose de 50 à 1000 g par tonne de matière sèche de la pulpe et à laisser la solution injectée en contact avec la pulpe diluée pendant une durée suffisante pour obtenir une surverse contenant moins de 100mg de solide par litre et une sousverse contenant entre 450 et 300g de solide par litre, et

- à séparer la sousverse de la surverse

2. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel 40% au plus au plus du nombre des motifs du copolymère du floculant portent une charge négative.

3. Procédé suivant la revendication 1 dans lequel la dose est d'autant plus grande que la granulométrie du solide de la pulpe est plus petite.

4. Procédé suivant la revendication 3, dans lequel la dose va de 300 à 1000g par tonne de matière sèche de la pulpe pour une granulométrie inférieure à 15 microns.

5. Procédé suivant la revendication 3, caractérisé en ce que la dose va de 60 à 160 g par tonne de matière sèche pour une granulométrie inférieure à 200 microns.

6. Procédé suivant la revendication 1, caractérisé en ce que la durée de mise en contact de la pulpe et de la solution de floculant est inférieure à 2 minutes.

7. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on injecte la solution de floculant en plusieurs endroits différents.

8. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on ajoute à la pulpe, avant l'injection de la solution de floculant, un coagulant ou de la chaux.

9. Procédé suivant la revendication 8, dans lequel le coagulant est une polyamine fortement cationique, dont au moins 50% du nombre des motifs portent une charge positive et qui a une masse moléculaire moyenne en poids inférieure à 3.10⁶, le coagulant étant ajouté à raison de 10 à 50 ppm en poids par rapport au volume de la pulpe.

10. Procédé suivant la revendication 8, dans lequel la chaux est ajoutée à raison de 1 à 3% en poids par rapport au solide de la pulpe.

11. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on dilue la pulpe à l'eau à une concentration inférieure à 80g de solide par litre.

12. Procédé suivant la revendication 1, dans lequel on injecte dans la pulpe diluée une solution aqueuse diluée à moins de 0,5g par litre du floculant organique.

13. Procédé suivant la revendication 1 que l'on effectue à une température comprise entre 5 et 35°C.