1. Comment traiter le minerai de plomb-zinc par séparation gravimétrique et flottation par mousse

Le minerai de plomb-zinc est l'une des ressources en métaux non ferreux les plus importantes au monde. Le plomb et le zinc sont largement utilisés dans des industries telles que la métallurgie, les batteries, les alliages, les matériaux de construction et la chimie.

Dans la plupart des gisements, les minéraux de plomb et de zinc se trouvent ensemble dans le même corps minéralisé, ce qui rend nécessaire la séparation des minéraux avant la fusion.

Parmi les différentes techniques de valorisation, séparation par gravité et flottation par mousse Ce sont les méthodes les plus couramment utilisées dans les usines modernes de traitement des minerais de plomb et de zinc. La combinaison de ces deux procédés permet d'améliorer considérablement les taux de récupération et la teneur des concentrés.

Cet article présente procédé complet de valorisation du minerai de plomb-zinc, comprenant le concassage, le broyage, la séparation gravimétrique, la flottation et le traitement des résidus.

2. Types de minéraux de plomb et de zinc

Avant de concevoir un procédé de traitement du minerai de plomb-zinc, il est essentiel de comprendre sa composition minéralogique. Les différents minéraux de plomb et de zinc possèdent des propriétés physiques et chimiques distinctes, qui influencent directement les méthodes de traitement utilisées dans une usine de traitement du plomb-zinc.

La compréhension des caractéristiques de ces minéraux aide les ingénieurs à choisir les techniques de valorisation les plus appropriées, telles que : séparation par gravité, flottation par mousse, séparation magnétique ou traitement hydrométallurgique.

2.1 Principaux minéraux de plomb

1) Galène (PbS)

La galène est le principal minéral plombifère des gisements de plomb-zinc et la première source commerciale de plomb. Elle est largement répandue dans les gisements hydrothermaux et est souvent associée à la sphalérite, à la pyrite et au quartz.

La galène possède plusieurs propriétés qui la rendent adaptée au traitement par flottation :

• Elle possède une densité élevée, généralement comprise entre 7,4 à 7,6 g/cm³, ce qui facilite la séparation par des méthodes de concentration gravitaire.

• Il présente une excellente flottabilité naturelle, ce qui signifie qu'il peut être facilement récupéré à l'aide de collecteurs de flottation courants tels que xanthates et dithiophosphates.

• Dans de nombreux gisements, les particules de galène sont généralement à gros grains, ce qui permet une récupération précoce par équipements de séparation par gravité comme les gabarits ou les tables vibrantes.

En raison de ces caractéristiques, la plupart des circuits de flottation du plomb sont conçus pour récupérer d'abord la galène avant de traiter les autres minéraux associés.

2) Cérusite

La cérusite est un minéral secondaire de carbonate de plomb qui se forme par oxydation de la galène dans les gisements proches de la surface. On la trouve couramment dans les zones oxydées des gisements de minerai de plomb-zinc.

Comparée à la galène, la cérusite présente plusieurs défis lors du traitement des minéraux :

• Sa densité est inférieure à celle de la galène, ce qui rend la séparation par gravité moins efficace.

• Sa flottabilité naturelle est relativement faible.

• Cela peut nécessiter traitement de sulfuration avant la flottation, afin d'améliorer les propriétés de surface des minéraux.

Dans les usines de traitement des minerais de plomb oxydés, on utilise des systèmes de réactifs spéciaux tels que activation au sulfure de sodium suivie de l'ajout de collecteur sont souvent utilisées pour améliorer la récupération de la cérusite.

3) Anglesite

L'anglésite est un autre minéral de plomb oxydé que l'on trouve fréquemment dans les gisements de plomb altérés. Elle se forme par l'oxydation de la galène en présence d'eaux souterraines riches en sulfates.

Anglesite présente plusieurs défis en matière de traitement :

• Il est souvent finement disséminé au sein des minéraux de la gangue.

• Elle peut coexister avec la cérusite et d'autres minéraux oxydés.

• Son comportement en flottation diffère de celui des minéraux sulfurés.

Pour récupérer efficacement l'anglésite, les usines de traitement des minéraux peuvent adopter méthodes de flottation par sulfuration ou combiner la flottation avec la concentration gravimétrique en fonction des caractéristiques du minerai.

2.2 Principaux minéraux de zinc

1) Sphalerite (ZnS)

La sphalérite est le principal minéral zincifère et la source première de zinc dans l'exploitation minière. On la trouve généralement associée à la galène, à la chalcopyrite et à la pyrite dans les gisements hydrothermaux.

La sphalérite possède plusieurs caractéristiques importantes qui influent sur son traitement :

• Sa densité varie de 3,9 à 4,2 g/cm³, ce qui est inférieur à la galène mais supérieur à la plupart des minéraux de la gangue.

• Elle ne flotte pas facilement sans activation car sa surface est moins réactive.

• Cela nécessite une activation chimique, généralement avec sulfate de cuivre, avant que les collecteurs flottants puissent se fixer efficacement à sa surface.

Dans un circuit de flottation plomb-zinc typique, la sphalérite est déprimée pendant la flottation du plomb puis activée dans une étape séparée pour produire du concentré de zinc.

2) Smithsonite

La smithsonite est un minéral de carbonate de zinc qui se forme dans les gisements de zinc oxydés. On la trouve souvent associée à l'hémimorphite, à la calcite et à des minéraux argileux.

La récupération de la smithsonite est plus difficile que le traitement de la sphalérite pour plusieurs raisons :

• Il ne réagit pas bien aux collecteurs de flottation de sulfures classiques.

• Il se présente souvent sous forme de fines particules mélangées à des minéraux de gangue.

• La chimie de surface est différente de celle des minéraux sulfurés.

Le traitement des minerais de smithsonite nécessite souvent flottation de sulfuration, où du sulfure de sodium est ajouté pour convertir la surface du minéral en un état de type sulfure avant la flottation.

3) Hémimorphite

L'hémimorphite est un minéral de silicate de zinc que l'on trouve couramment dans les gisements de zinc oxydés.

Ses caractéristiques de traitement comprennent :

• Faible différence de densité par rapport aux minéraux de la gangue environnante.

• Mauvaise réponse aux collecteurs à flottation classiques.

• Forte association avec les minéraux argileux et siliceux.

En raison de ces difficultés, les minerais d'hémimorphite sont parfois traités en utilisant méthodes hydrométallurgiques, ou une combinaison de techniques de concentration par gravité et de flottation.

3. Pourquoi combiner la séparation par gravité et la flottation ?

Dans de nombreuses usines de traitement du plomb et du zinc, l'utilisation d'une seule méthode de traitement des minéraux ne suffit pas à atteindre des taux de récupération et des teneurs en concentré élevés. C'est pourquoi les usines de traitement modernes adoptent souvent une approche combinant plusieurs méthodes. procédé combinant séparation par gravité et flottation par mousse.

Cette approche intégrée tire parti des atouts des deux méthodes et améliore considérablement l'efficacité globale du traitement.

3.1 Élimination précoce des stériles rocheux

La séparation par gravité est souvent utilisée comme une méthode de préconcentration avant la flottaison.

Durant cette étape, les minéraux lourds tels que la galène peuvent être séparés des minéraux de gangue plus légers à l'aide d'équipements comme des gabarits ou des tables vibrantes.

Ce processus permet de :

• Éliminer une grande partie des stériles rocheux dès le début.

• Réduire la quantité de matière entrant dans les circuits de broyage et de flottation.

• Réduction des coûts de traitement globaux grâce à la diminution de la consommation d'énergie et de réactifs.

En éliminant rapidement les matières de faible valeur, l'usine peut se concentrer sur le traitement des matières premières de meilleure qualité dans le circuit de flottation.

3.2 Amélioration de la récupération des minéraux grossiers

Les particules grossières de galène peuvent ne pas flotter efficacement dans les cellules de flottation car les grosses particules ont du mal à se fixer aux bulles d'air.

La séparation par gravité est particulièrement efficace pour récupérer ces minéraux lourds et grossiers.

Des équipements tels que concentrateurs à gabarit et tables vibrantes permet de récupérer les particules grossières de galène qui pourraient autrement être perdues dans les résidus miniers.

Cela améliore le taux global de récupération des métaux lors du processus de traitement.

3.3 Efficacité de flottation supérieure

La préconcentration par séparation gravimétrique améliore les performances de la flottation en augmentant la teneur de l'alimentation entrant dans les cellules de flottation.

Cela présente plusieurs avantages :

• Taux de récupération par flottation plus élevés

• Opération de flottation plus stable

• Interférence réduite des minéraux de la gangue

• Qualité du concentré améliorée

Par conséquent, les circuits de flottation fonctionnent plus efficacement lorsque la séparation par gravité est utilisée comme étape préliminaire.

3.4 Réduction des coûts d'exploitation

La combinaison de la séparation par gravité et de la flottation peut réduire considérablement les coûts d'exploitation d'une usine de traitement du plomb et du zinc.

Les économies de coûts sont réalisées grâce à :

• Consommation d'énergie de broyage réduite

• Utilisation réduite de réactif de flottation

• circuit de flottaison de plus petite taille

• Réduction des coûts d'usure et d'entretien des équipements

Ces avantages économiques expliquent que ce procédé combiné soit largement adopté dans les usines modernes de traitement des minerais de plomb et de zinc.

4. Étape de préparation : concassage et broyage

Avant de pouvoir séparer les minéraux précieux, le minerai brut doit être réduit à une granulométrie appropriée. Cette étape de préparation est cruciale car une libération minérale adéquate détermine directement l'efficacité des procédés de séparation ultérieurs.

4.1 Broyage primaire

Le concassage primaire est la première étape du processus de réduction de taille.

Les gros blocs de minerai extraits de la mine peuvent atteindre des tailles de 500–1000 mm, qui sont trop volumineuses pour un traitement direct.

Les concasseurs à mâchoires sont couramment utilisés à ce stade car ils offrent :

• Capacité de concassage élevée

• structure mécanique simple

• Performances fiables dans les environnements miniers difficiles

Le concassage primaire réduit généralement la taille du minerai à 100–200 mm, ce qui le rend apte au concassage secondaire.

4.2 Broyage secondaire

Le concassage secondaire réduit encore la taille du minerai à l'aide d'équipements tels que concasseurs à cône ou concasseurs à percussion.

Cette étape permet de s'assurer que le minerai est suffisamment petit pour entrer efficacement dans le circuit de broyage.

Les principaux avantages du concassage secondaire sont les suivants :

• Amélioration de l'efficacité du broyage

• Consommation d'énergie réduite lors du broyage

• Meilleur contrôle de la distribution granulométrique finale

Après concassage secondaire, la taille du minerai est généralement réduite à environ 10–20 mm.

4.3 Broyage

Le broyage est l'étape la plus énergivore du traitement des minéraux.

L'objectif principal du broyage est d'atteindre libération minérale, ce qui signifie que les minéraux précieux sont complètement séparés des minéraux de la gangue.

Les équipements de broyage courants comprennent :

• broyeurs à boulets

• broyeurs à barres

• Broyeurs semi-autogènes (broyeurs SAG)

Dans les usines de traitement du plomb et du zinc, le broyage produit généralement un matériau contenant 70–80% passant 200 mesh, ce qui est considéré comme optimal pour la récupération par flottation.

4.4 Classification

Après broyage, la classification permet de séparer les particules en fonction de leur taille.

Les équipements de classification courants comprennent :

• Classificateurs en spirale

• Hydrocyclones

La classification remplit plusieurs objectifs :

• Assure une granulométrie appropriée pour la flottation

• Empêche le broyage excessif des particules fines

• Renvoie les particules grossières au broyeur pour un broyage plus poussé.

Ce système de broyage en circuit fermé améliore à la fois l'efficacité du broyage et la récupération des minéraux.

5. Procédé de séparation par gravité

La séparation par gravité est une technique de traitement des minéraux qui sépare les minéraux en fonction de leur différences de densité.

Il est particulièrement efficace pour récupérer des minéraux lourds comme la galène à partir de minéraux de gangue plus légers.

5.1 Principe de la séparation par gravité

L'efficacité de la séparation par gravité repose sur les différences de densité entre les minéraux précieux et les matériaux de la gangue.

Dans les minerais de plomb-zinc :

• La galène a une densité très élevée.

• La sphalérite a une densité modérée.

• Les minéraux de la gangue, tels que le quartz et la calcite, ont des densités beaucoup plus faibles.

Lorsque les particules de minerai sont soumises à un courant d'eau ou à un mouvement pulsatoire, les minéraux les plus lourds se déposent plus rapidement et se concentrent dans des zones spécifiques de l'équipement de séparation.

Ce principe permet une récupération efficace des minéraux lourds sans utiliser de réactifs chimiques.

5.2 Applications de la séparation par gravité

La séparation par gravité est particulièrement utile dans plusieurs situations :

• Récupération des particules grossières de galène avant broyage

• Préconcentration des minéraux à haute densité

• Réduction du volume d'alimentation de la flottation

• Traitement de minerais simples présentant des différences de densité importantes

Dans certaines usines de traitement du plomb et du zinc, la séparation gravimétrique est utilisée pour produire un pré-concentré qui est ensuite amélioré par flottation.

5.3 Équipements courants de séparation par gravité

Les équipements de séparation gravimétrique couramment utilisés dans les usines de traitement du plomb et du zinc comprennent :

Les séparateurs à jig, qui utilisent un flux d'eau pulsé pour séparer les minéraux en fonction des différences de densité.

Les tables vibrantes, qui utilisent une combinaison de vibrations et de flux d'eau pour créer des couches minérales stratifiées.

Les goulottes en spirale séparent les particules en fonction de la force centrifuge et de la gravité lorsque la boue s'écoule dans un canal en spirale.

Chaque équipement est adapté à différentes gammes de tailles de particules et à différentes capacités de traitement.

6. Procédé de flottation par mousse pour le minerai de plomb-zinc

La flottation par mousse est la méthode de traitement des noyaux pour la séparation des minéraux de plomb et de zinc après l'étape de broyage. Parce que galène (PbS) et sphalérite (ZnS) Souvent présents ensemble dans les minerais sulfurés complexes, les minéraux peuvent être récupérés sélectivement par flottation grâce à la technique suivante : réactifs chimiques et fixation de bulles.

6.1 Principe de la flottation par mousse

Le procédé de flottation fonctionne en modifiant le propriétés de surface des minéraux de sorte que les minéraux précieux se fixent aux bulles d'air et remontent à la surface tandis que les minéraux de la gangue restent dans la boue.

Les principaux mécanismes comprennent :

• Surfaces minérales hydrophobes créé par des collectionneurs.

• accessoire à bulle d'air aux précieuses particules minérales.

• Formation d'une couche de mousse où s'accumulent des bulles minéralisées.

• Écrémage du concentré du haut des cellules de flottation.

Cette méthode est très efficace pour minerais de sulfure de plomb-zinc à grains fins, là où la séparation par gravité seule ne permet pas une récupération suffisante.

6.2 Schémas de procédé courants de flottation plomb-zinc

Différents schémas de flottation sont utilisés en fonction des caractéristiques du minerai, telles que : composition minérale, niveau d'oxydation et distribution granulométrique.

1. Flottation sélective (le plomb d'abord, le zinc ensuite)
Il s'agit du procédé le plus couramment utilisé pour l'enrichissement du minerai de plomb-zinc.

Les étapes typiques comprennent :

1. Les minéraux de plomb sont flottés en premier, tandis que les minéraux de zinc sont retenus.

2. Le concentré de plomb est collecté et éliminé.

3. Les minéraux de zinc sont activés et mis en flottation lors d'une seconde étape de flottation.

Avantages :

• Produit concentrés de plomb et de zinc de haute qualité

• Séparation efficace de la galène et de la sphalérite

• Largement utilisé dans les usines de traitement des minéraux industriels

2. Flottation en vrac suivie d'une séparation

Dans cette méthode :

• Les minéraux de plomb et de zinc sont flottaient ensemble sous forme de concentré en vrac

• Une deuxième étape de flottation sépare le plomb du zinc

Ce schéma de flux est souvent utilisé lorsque :

• Les minéraux de plomb et de zinc sont étroitement imbriqués

• La flottation sélective directe est difficile

• La teneur du minerai est relativement faible.

6.3 Réactifs de flottation utilisés dans le traitement du plomb et du zinc

Les réactifs de flottation sont essentiels pour contrôler la sélectivité des minéraux et améliorer les taux de récupération.

1. Collectionneurs

Les collectionneurs créent des surfaces minérales hydrophobe, leur permettant de se fixer aux bulles d'air.

Les collectionneurs les plus courants sont :

• Xanthates (par exemple, xanthate d'amyle de potassium)

• Dithiophosphates

• Thiocarbamates

Ces réactifs sont particulièrement efficaces pour flottation des minéraux sulfurés.

2. Dépresseurs

Les dépresseurs empêchent les minéraux indésirables de flotter lors de la flottation sélective.

Exemples :

• sulfate de zinc (ZnSO₄)

• Cyanure de sodium

• sulfite de sodium

Ces produits chimiques sont souvent utilisés pour supprimer la sphalérite tout en faisant flotter la galène.

3. Activateurs

Les activateurs rétablissent la flottabilité des minéraux qui ont été comprimés.

L'activateur le plus courant dans la flottation du zinc est :

• sulfate de cuivre (CuSO₄)

Il active la sphalérite en formant une film de sulfure de cuivre à la surface du minéral.

4. Mousseurs

Les agents moussants stabilisent la couche de bulles et améliorent la formation de mousse.

Les agents moussants courants comprennent :

• huile de pin

• MIBC (méthylisobutylcarbinol)

• Polypropylène glycol

Une couche de mousse stable permet de récupérer efficacement les fines particules minérales.

6.4 Équipement de flottaison

Plusieurs types de machines de flottation sont couramment utilisés dans les usines de traitement du plomb et du zinc :

• cellules de flottation mécaniques

• machines de flottaison gonflables

• cellules de flottation à colonne

• Machines de flottaison à air pulsé

Le choix du matériel de flottation dépend de :

• capacité de traitement de l'usine

• Caractéristiques du minerai

• exigences de récupération

• considérations relatives à la consommation d'énergie

7. Quatre étapes clés du traitement du minerai de plomb-zinc

Une usine complète de traitement du plomb et du zinc se compose généralement de quatre étapes de traitement principales.

7.1 Étape 1 : Écrasement

Le concassage réduit la taille du minerai brut pour le préparer au broyage.

Un équipement de concassage typique comprend :

• Concasseurs à mâchoires pour le concassage primaire

• Concasseurs à cône pour le concassage secondaire et tertiaire

• concasseurs à percussion dans certaines applications

L'objectif est de réduire la taille du minerai à environ 10–20 mm, assurant ainsi un broyage efficace à l'étape suivante.

Avantages d'un concassage adéquat :

• Réduit la consommation d'énergie lors du broyage

• Améliore la libération des minéraux

• Améliore l'efficacité de la valorisation en aval

7.2 Étape 2 : Broyage

Le broyage est essentiel pour libérer les minéraux précieux des minéraux de la gangue.

Les équipements de broyage les plus courants comprennent :

• broyeurs à boulets

• broyeurs à barres

• Broyeurs SAG (dans les grandes usines)

Objectifs de broyage :

• Typiquement 70–80% passant 200 mesh

• Obtenir une libération minérale suffisante

• Éviter le sur-broyage

Le broyage est généralement effectué dans un circuit fermé avec équipement de classification.

7.3 Étape 3 : Séparation des minéraux

Après broyage, la boue entre dans le étape de valorisation, où les minéraux précieux sont séparés.

Deux techniques de séparation principales sont utilisées :

Séparation par gravité

• Utilisé pour les particules grossières

• Préconcentrations de minéraux lourds

• Élimine de grandes quantités de stériles rocheux

Flottation par mousse

• Utilisé pour les particules fines

• Permet la séparation sélective du plomb et du zinc

• Produit des concentrés de haute qualité

La combinaison de ces méthodes permet d'améliorer :

• taux de récupération global

• qualité concentrée

• efficacité de traitement

7.4 Étape 4 : Déshydratation et séchage

Après flottation, les concentrés contiennent de grandes quantités d'eau et doivent être déshydratés.

Le processus de déshydratation comprend :

1. Épaississant – augmente la concentration de la boue

2. Filtration – élimine l'excès d'eau

3. Séchage – produit un concentré transportable final

L'équipement commun comprend :

• Épaississants à haute efficacité

• Filtres à vide

• Filtres à pression

• séchoirs rotatifs

Le produit final est concentré de plomb et concentré de zinc prêts pour la fusion.

8. Traitement des résidus miniers et gestion environnementale

La gestion des résidus miniers est une composante importante des opérations modernes de traitement des minéraux.

L'élimination inadéquate des résidus miniers peut entraîner pollution environnementale et gaspillage des ressources.

8.1 Épaississement et élimination des résidus

Après flottation, la boue restante devient un résidu.

Ces résidus subissent généralement les traitements suivants :

• Épaississant

• bassins de résidus miniers

• Transport par pipeline

• Empilage à sec (dans les usines modernes)

Une gestion adéquate des résidus miniers permet de :

• Réduire l'impact environnemental

• Améliorer le recyclage de l'eau

• Garantir la sécurité opérationnelle

8.2 Recyclage de l'eau dans le traitement des minéraux

La consommation d'eau est importante dans les usines de flottation.

Pour améliorer leur durabilité, de nombreuses usines mettent en œuvre :

• systèmes de récupération des eaux de résidus

• Circulation d'eau en circuit fermé

• technologies de traitement de l'eau

Cela réduit la consommation d'eau douce et réduit les coûts d'exploitation.

8.3 Retraitement et valorisation des résidus miniers

Dans certains cas, les résidus miniers contiennent encore des métaux précieux.

Les technologies modernes permettent la récupération de :

• plomb résiduel

• zinc résiduel

• argent et autres métaux associés

Le retraitement des résidus miniers peut améliorer taux global de récupération des métaux et valeur économique de la mine.

9. Avantages économiques du procédé combiné gravité-flottation

La combinaison de séparation par gravité et flottation par mousse est devenue l'une des solutions les plus efficaces pour le traitement des minerais complexes de plomb-zinc.

Les principaux avantages sont les suivants :

9.1 Taux de guérison plus élevés

Le procédé combiné permet aux usines de récupérer à la fois :

• minéraux lourds grossiers par séparation gravimétrique

• minéraux sulfurés fins par flottation

Cela augmente considérablement récupération globale des métaux.

9.2 Réduction des coûts de traitement

La séparation par gravité permet d'éliminer de grandes quantités de roches stériles avant la flottation, ce qui :

• réduit la charge de broyage

• réduit la consommation de réactifs

• améliore l'efficacité de la flottation

Cela conduit à des coûts d'exploitation plus faibles et une rentabilité accrue.

9.3 Traitement efficace des minerais à faible teneur

De nombreux gisements modernes contiennent minerais de plomb-zinc à faible teneur.

Le procédé combiné de flottation par gravité rend économiquement viable le traitement de ces minerais par :

• préconcentration des minéraux précieux

• améliorer la sélectivité de la flottation

• maximiser la récupération des métaux

9.4 Conception de processus flexible

Le schéma de procédé peut être ajusté en fonction de :

• minéralogie des minerais

• teneur en minerai

• distribution granulométrique

• capacité de l'usine

Cette flexibilité rend le processus adapté à exploitations minières industrielles à petite et à grande échelle.

10. Conclusion

Le traitement des minerais de plomb et de zinc utilise généralement un procédé combinant séparation par gravité et flottation par mousse.

Le processus complet comprend :

Concassage → Broyage → Séparation par gravité → Flottation → Déshydratation → Traitement des résidus miniers.

En concevant un procédé de valorisation efficace et en sélectionnant un équipement de traitement des minéraux approprié, les sociétés minières peuvent améliorer considérablement l'utilisation des ressources et maximiser les rendements économiques.

Pour les entreprises qui envisagent de construire un usine de traitement du plomb et du zincIl est fortement recommandé de procéder à des essais professionnels de traitement des minéraux afin de déterminer la solution de valorisation la plus appropriée.