Agents collecteurs alkyletheramines pour la flottation inverse de la silice dans les minerais de fer

Pour les usines de concentration de minerais de fer dont la teneur en SiO₂ du concentré final dépasse les limites contractuelles entraînant des pénalités, les collecteurs cationiques à base d’amine éthérée constituent l’un des principaux choix de réactifs pour la flottation inverse de la silice. La décision d’achat pratique ne porte pas sur le fait de savoir si l’« amine éthérée » fonctionne globalement comme catégorie, mais plutôt sur quelle variété spécifique d’amine éthérée permet d’obtenir le rejet requis de SiO₂ avec la moindre perte de récupération du fer sur votre minerai, votre eau et votre circuit de flottation.

Ce guide distingue ce que les preuves sources fournies étayent de ce que les équipes d’approvisionnement et de procédure doivent obtenir à partir des fiches techniques (TDS) et des fiches de données de sécurité (SDS) des fournisseurs, ainsi que des essais de flottation en laboratoire spécifiques au site.

Points clés pour les acheteurs :

• Les alkylétheramines et les alkylétherdiamines sont des collecteurs éprouvés pour l’élimination des silicates dans la flottation par mousse inverse du minerai de fer.

• Les étheramines agissent comme collecteurs de quartz et contribuent également au comportement moussant dans la flottation inverse cationique.

• Les collecteurs à base d’étheramines sont utilisés mondialement pour le rejet des silicates dans le traitement du minerai de fer, y compris le traitement de plus de 80 millions de tonnes de concentré de minerai de fer au Brésil.

• L’ensemble des sources fournies ne comprend pas de grade commercial spécifique, de numéro CAS, de formule moléculaire, de taux de dosage, de pourcentage d’élimination de SiO₂, de valeur de récupération de Fe, ni d’essai comparatif entre étheramine et amine de suif. Ces valeurs doivent être tirées de la documentation fournie par le fournisseur et des essais en laboratoire.

• Ne pas accepter un numéro CAS générique unique pour les étheramines comme substitut à l’identité chimique spécifique d’un grade.

Premières données de demande de devis : tableau d’identification du produit

Aucun catalogue fournisseur n’est présent dans les éléments fournis. Par conséquent, cet article n’attribue ni nom de marque, ni numéro CAS, ni formule moléculaire à un produit commercialisé. Ce sont précisément ces champs qu’un acheteur devrait exiger du fournisseur avant de comparer les performances.

La source fournie décrit le groupe éther comme une chaîne polyoxyéthylène. Toutefois, dans les collecteurs commerciaux pour minerai de fer, le produit réel peut être un alkoxypropylamine ou une diamine alkoxypropylique comportant une seule liaison éther, ou présenter un degré d’alkoxylation limité. Les acheteurs doivent donc vérifier directement auprès du fabricant la structure moléculaire, le degré d’alkoxylation, la répartition des chaînes carbonées et la teneur en matière active. Ces paramètres influencent la puissance de collecte, la dispersibilité dans l’eau et le comportement de la mousse.

1. Collecteur d’amine éthérée cationique pour la flottation inverse de la silice dans les minerais de fer

Les amines éthérées constituent aujourd’hui une classe importante de collecteurs cationiques en traitement des minerais, en raison de leur efficacité et de leur sélectivité dans les applications de flottation. Dans la flottation inverse des minerais de fer, le quartz et d’autres silicates gangue constituent la cible. Le collecteur d’amine éthérée s’adsorbe à la surface du quartz ; ce dernier est alors récupéré dans l’écume, tandis que les minéraux ferreux demeurent dans la cuve sous forme de concentré.

Les données probantes disponibles révèlent également un point critique pour les ingénieurs d’usine : les amines éthérées ne sont pas uniquement des collecteurs de quartz. Elles agissent également comme moussants dans la flottation inverse cationique des minerais de fer. Bien que l’adsorption sur le quartz ait fait l’objet de nombreuses études, l’influence des propriétés moussantes et écumeuses des amines éthérées sur la sélectivité de la flottation n’a pas été examinée en détail. Les acheteurs doivent donc évaluer le comportement de l’écume comme un critère distinct, et non comme une propriété secondaire mineure.

Les collecteurs à base d’amine éthérée sont déjà utilisés à l’échelle industrielle. Les espèces amine-silicate ainsi générées présentent une activité de surface suffisante pour favoriser la flottation des silicates, et ces collecteurs à base d’amine éthérée sont employés mondialement dans les usines de traitement du minerai de fer afin de rejeter les silicates. À elle seule, l’industrie brésilienne du minerai de fer traite plus de 80 millions de tonnes de concentré de minerai de fer, où ces collecteurs font partie intégrante de la voie de rejet des silicates.

L’application est bien établie pour les silicates présents dans les minerais de fer, notamment dans les systèmes à magnétite, mais la même source indique que l’emploi d’amines éthérées dans les systèmes carbonates–silicates, en particulier la magnésite, n’a pas été étudié de façon approfondie. Un acheteur ne doit pas présumer qu’un collecteur éprouvé sur un minerai de fer riche en quartz sera directement transférable à un minerai contenant des carbonates sans réaliser au préalable des essais.

Que doit préciser un acheteur dans une demande de devis (RFQ) pour un collecteur cationique à base d’amine éthérée ?

Demander au moins les éléments suivants :

• Nom exact du produit et code produit.

• Numéro CAS et identité moléculaire spécifiques à la qualité.

• Indiquer s’il s’agit d’une amine éther alkylique, d’une diamine éther alkylique ou d’un autre tensioactif fonctionnalisé par un groupe éther.

• Teneur en matière active, solvant, teneur en eau et forme de neutralisation.

• Conditionnement, point de congélation, limites de stockage et durée de conservation.

• Une fiche technique (TDS) et une fiche de données de sécurité (SDS) à jour.

• Un échantillon de laboratoire de 1 à 5 kg destiné aux essais de flottation en banc d’essai.

• Une confirmation écrite d’approvisionnement pour la qualité exacte citée.

Ne pas prendre de décision concernant un fournisseur sur la base d’une déclaration générale selon laquelle le produit est « une amine éther cationique pour minerai de fer ». Cela ne définit pas le produit chimique que vous recevrez.

Pourquoi la même chimie d’amine éther cationique peut-elle donner des performances différentes dans des usines distinctes ?

Parce que les étheramines contribuent à la fois au pouvoir collecteur et au comportement de la phase mousseuse. La sélectivité peut varier selon la chimie de l’eau, le type de cellule et le point d’ajout du réactif. Des prélèvements industriels effectués dans le circuit de flottation de Samarco ont inclus des échantillons d’eau et de pulpe provenant de cellules mécaniques, de cellules à réservoir et de colonnes de flottation, ce qui montre que l’emplacement du procédé et la source d’eau font partie de l’évaluation. Un collecteur efficace dans une configuration de cellule donnée peut nécessiter un dosage différent ou une gestion distincte de la mousse dans une autre configuration.

2. Dosage d’étheramine pour la flottation inverse de minerai de fer

Les éléments probants fournis comprennent une procédure de laboratoire pour la flottation inverse cationique de minerai de fer à l’aide d’un collecteur à base d’étheramine. La préparation de référence du minerai est la suivante :

• Broyer et moudre le minerai de fer jusqu’à une taille de particule cible, généralement 80 % passant 150 micromètres.

• Préparer un échantillon représentatif du minerai broyé, par exemple de 1000 g.

• Introduire le minerai broyé dans une cellule de flottation de laboratoire, telle qu’une cellule de type Denver.

L’extrait source ne précise pas un taux de dosage universel d’amine éthérée. Cela est attendu : le dosage dépend de la minéralogie du minerai, de la teneur en SiO₂ de l’alimentation, de la distribution granulométrique, de la dureté de l’eau, du type et de la dose d’amidon dépresseur, du pH et du temps de flottation. Un fournisseur ne peut pas crédiblement indiquer un dosage unique pour une usine sans avoir préalablement analysé le minerai.

Pour la comparaison lors des achats, le dosage doit être évalué en grammes de collecteur actif par tonne de minerai. Si deux fournisseurs indiquent un dosage liquide tel que fourni, normalisez-le à la matière active. Sinon, la teneur en eau ou en solvant fausse la comparaison d’efficacité.

Plan d’essai dose-réponse pour l’amine éthérée

La comparaison est valable uniquement lorsque le même échantillon de minerai et les mêmes conditions de flottation sont utilisés pour les deux produits.

Comment le dosage doit-il être exprimé dans les comparaisons entre fournisseurs ?

Demander le dosage sur la base de la matière active. Par exemple, comparer les grammes de collecteur actif par tonne, et non pas les millilitres de produit dilué. Demander également la teneur en matière active, le type de solvant et la dilution recommandée. Cela évite de surestimer les performances d’un produit dilué ou de sous-estimer celles d’un produit plus concentré.

Quelles conditions expérimentales doivent être fixées en laboratoire avant de comparer les allégations relatives au dosage ?

Régler la granulométrie P80, le lot de minerai, la densité de la pulpe, le pH, le type et la dose de déprimant, la chimie de l’eau, la durée de flottation, le débit d’air et la géométrie de la cellule. La procédure de laboratoire de référence commence avec une granulométrie P80 de 150 µm et un échantillon représentatif de 1000 g dans une cellule de type Denver. Si un essai utilise de l’eau de recyclage d’usine et un autre de l’eau du réseau, la comparaison des doses n’est pas fiable, notamment parce que la chimie de l’eau dans les circuits de flottation peut varier selon le point de prélèvement.

3. Efficacité de l’élimination de la silice avec des collecteurs à base d’amine éthérée

L’efficacité de l’élimination de la silice n’est pas une propriété intrinsèque fixe de la classe chimique des amines éthérées. Il s’agit d’un résultat de procédure issu de l’interaction entre le collecteur, la surface du minerai, la chimie de l’eau, le déprimant et le fonctionnement de la cellule de flottation.

Les preuves sources fournies ne contiennent ni un pourcentage spécifique de retrait de SiO₂ lié à un produit, ni une valeur de récupération du fer. Par conséquent, cet article ne mentionne aucun chiffre universel de « haute efficacité ». Un acheteur doit considérer toute affirmation d’efficacité figurant dans un catalogue fournisseur comme non vérifiée tant qu’elle n’a pas été reproduite sur l’échantillon de minerai de l’acheteur.

L’expérience industrielle citée dans les sources indique que les collecteurs à base d’amine éthérée sont utilisés mondialement pour le rejet des silicates dans les usines de traitement du minerai de fer, notamment à grande échelle dans les concentrateurs brésiliens. Toutefois, cela démontre seulement une adoption industrielle, non une garantie d’un retrait spécifique de silice sur un site donné.

Quelles sont les causes d’une baisse de l’efficacité de retrait de la silice lors du passage à l’échelle ?

Les preuves sources mettent en évidence plusieurs facteurs procéduraux à vérifier :

• Propriétés de l’écume : Les amines éthérées agissent également comme des moussants ; par conséquent, la stabilité et la sélectivité de l’écume peuvent varier selon la dose appliquée et la composition de l’eau.

• Configuration des cellules : Des prélèvements industriels ont été effectués dans les cellules mécaniques, les cellules à cuve et les colonnes de flottation. Leur efficacité n’est pas identique selon le type de cellule.

• Chimie de l’eau : Les échantillons d’eau prélevés à différents points d’un circuit de flottation de minerai de fer peuvent présenter des compositions différentes. L’eau recyclée et l’eau des résidus peuvent influencer la sélectivité.

• Écart de granulométrie de l’alimentation : Si la granulométrie en usine est plus grossière ou plus fine que la valeur P80 de laboratoire de 150 µm, la dose de collecteur et le taux de récupération peuvent varier.

Une baisse de l’élimination de la SiO₂ ne doit pas être systématiquement corrigée par une augmentation de la dose de collecteur. Un surdosage peut modifier le comportement de l’écume et réduire la sélectivité, notamment parce que les amines éthérées possèdent également une fonction d’agent moussant.

Que faut-il mesurer lors d’un essai d’efficacité d’élimination de la silice ?

Enregistrer la teneur en SiO₂ et en Fe de l’alimentation, la teneur en SiO₂ et en Fe du concentré, le taux de récupération du Fe, la masse extraite, la dose active de collecteur, le pH, la dureté de l’eau, la hauteur de l’écume, la teneur en eau de l’écume et la durée de flottation. Une comparaison avant/après sur le même minerai est plus utile qu’un pourcentage isolé de rejet de silice.

4. Amines éthérés contre amines de suif pour la flottation du minerai de fer

La documentation disponible ne contient aucune comparaison, en laboratoire ou à l’échelle industrielle, entre les collecteurs à base d’amine éthérée et ceux à base d’amine de suif. Aucune valeur comparative relative à la dose, à la teneur en SiO₂, au rendement en Fe ou aux performances de la mousse n’est disponible. Par conséquent, cet article ne revendique aucun avantage de performance de l’amine éthérée par rapport à l’amine de suif.

Les amines éthérées alkyles et les diamines éthérées alkyles constituent des familles de collecteurs éprouvées pour la flottation inverse du minerai de fer. Leurs structures détaillées ne doivent pas être réduites à une simple description générique de chaîne polyoxyéthylénique sans confirmation spécifique à la teneur. Toute comparaison avec l’amine de suif doit être effectuée sur le même échantillon de minerai.

Plan d’essais comparatifs de flottation : amine éthérée contre amine de suif

Comme aucun résultat d’essais comparatifs n’est présent dans la documentation source, utilisez le plan d’essais vierge ci-dessous. Ne le considérez pas comme une preuve de performance.

Ce tableau constitue un cadre pour un essai réel, et non un résultat issu d’une source. Les résultats obtenus à l’usine peuvent différer de ceux obtenus en laboratoire, et un seul essai par lot ne constitue pas une qualification à l’échelle industrielle.

Une usine devrait-elle passer de l’amine tallow à l’amine éther sur la seule base de la fiche technique fournie par un fournisseur ?

Non. Une fiche technique peut confirmer l’identité du produit et ses spécifications, mais elle ne saurait prouver sa sélectivité sur le minerai de l’acheteur. Les sources disponibles indiquent que les amines éther sont des collecteurs et des moussants pour le quartz, mais ne fournissent aucune comparaison avec l’amine tallow. Réalisez un essai de flottation en laboratoire comparatif, utilisant l’amine tallow actuellement en service comme référence et l’amine éther candidate, dans des conditions identiques de broyage, d’eau, de pH, de dépressif et de cellule. Évaluez ensuite conjointement la teneur en SiO₂, le rendement en Fe et le comportement de la mousse.

Quelles données terrain doivent être recueillies pendant un essai industriel ?

Pendant un essai industriel, enregistrer la teneur en SiO₂ et en Fe de l’alimentation, la teneur en SiO₂ et en Fe du concentré, le taux de récupération du Fe, la consommation de collecteur actif, la consommation de dépressant, la profondeur de la mousse, le transfert d’eau par la mousse, le comportement de filtration, ainsi que toute variation de la chimie de l’eau dans le circuit. Appliquer la même discipline d’échantillonnage que celle indiquée pour les cellules mécaniques, les cellules à cuve et les colonnes de flottation.

Demander les fiches techniques (TDS), les fiches de données de sécurité (SDS) et des échantillons de laboratoire

Pour évaluer des collecteurs cationiques à base d’amine éthérée dans votre circuit de flottation inverse silice-minerai de fer, demander au fournisseur les éléments suivants :

• Les fiches techniques (TDS) et les fiches de données de sécurité (SDS) actuelles correspondant exactement à la référence cotée.

• Le numéro CAS spécifique à la référence et la plage de composition moléculaire.

• Teneur en matière active, solvant, pH et données de stockage.

• Un échantillon de laboratoire de 1 à 5 kg destiné aux essais de flottation en banc d’essai.

• Un devis écrit (RFQ) indiquant la dose exprimée sur la base de la matière active ainsi que les conditions recommandées de conditionnement.

• Un protocole d’essai sur site fondé sur la procédure de flottation, démarrant avec une granulométrie de 80 % passant 150 µm et une alimentation de laboratoire représentative.

Envoyez au fournisseur la teneur en minerai de votre tête, la teneur cible en SiO₂ du concentré, le type de collecteur actuel et sa dose, le programme d’amidon/dépresseur, l’analyse de l’eau de l’usine et le schéma de flottation. Demandez-leur d’effectuer un essai comparatif avec votre collecteur actuel avant le passage à l’échelle industrielle.

Remarque : Les données ci-dessus sont fondées sur les échantillons de minerai et les conditions de laboratoire indiqués. Les résultats obtenus sur site peuvent varier en fonction de la minéralogie, de la chimie de l’eau et des paramètres du procédé. Des essais sur site sont recommandés avant tout passage à l’échelle industrielle.