Multiscale approaches for the reverse flotation of iron ores : the case of kaolinite - Université de Lorraine Access content directly
Theses Year : 2023

Multiscale approaches for the reverse flotation of iron ores : the case of kaolinite

Approches multi-échelles pour la flottation inverse des minerais de fer : cas de la kaolinite

Abstract

Iron is a staple element for human activities and is produced from the beneficiation of ores containing magnetite, hematite, goethite, siderite, and gangue minerals like silicates. However, iron ores qualities are decreasing due to lower grade deposits, finer liberation sizes and complex gangues. Beneficiation routes reach limitations and the production of concentrates respecting metallurgical specifications is becoming more challenging and flotation appears as an interesting process to explore and optimize. Flotation is based on the selective adsorption of surfactants onto particles surfaces, aiming at increasing the contrasts of wettability between iron-bearing and the gangue minerals which are separated by the injection of air bubbles carrying the hydrophobic component of the system. In the case of iron ores, reverse cationic flotation is the most popular route for the purification and elimination of silicates from the iron concentrates. Nevertheless, if flotation already proved its excellent efficiency for silicates removal, the decreasing liberation sizes of iron ore particles tend to negatively influence the process performance. Several techniques and methods were proposed to tackle the challenge raised by the presence of fine particles into flotation process and one of them is the floc-flotation, which consists in selectively aggregating fine particles before performing flotation. In this context, kaolinite is a common gangue mineral present in iron ores and is known to form fine particles. In this work, an ultrafine kaolinite from Sigma-Aldrich was acquired and characterised. Then, the hydration mechanisms of kaolinite surface were studied by combining theoretical (molecular modelling) and experimental techniques (isotherms of adsorption at four temperatures). The adsorption of dodecylammonium chloride and 3-dodecyloxypropylammonium chloride on kaolinite was investigated through the acquisition of adsorption isotherms at three temperatures that were fitted with experimental models and also modelled with molecular modelling.
Le fer, élément incontournable des activités humaines, est extrait des minerais de fer pouvant contenir de la magnétite, de l’hématite, de la goethite et de la sidérite, associé à des minéraux de gangue comme les silicates. Dans un contexte de baisse de qualité de ces minerais (teneur plus faible en fer, particules plus fines, gangues plus complexes) et une exigence accrue sur la production des concentrés, la flottation apparaît comme le procédé à explorer et à optimiser. La séparation par flottation repose sur l’adsorption sélective de tensioactifs augmentant les contrastes de mouillabilité des particules puis l’injection de bulles d’air qui vont séparer les particules hydrophobes. La flottation inverse cationique avec des amines est actuellement la technique la populaire pour la flottation des minerais de fer. Cependant, si la flottation a déjà prouvé ses excellentes performances pour l’élimination des silicates, les fines sont connues pour altérer son efficacité. La floc-flottation vise alors à sélectivement agréger les fines avant de les traiter par flottation. Dans ce contexte, la kaolinite est un minéral de gangue courant particulièrement connue pour former de fines particules. Dans le cadre de cette thèse, une kaolinite ultrafine de Sigma-Aldrich a été acquise et caractérisée. L’hydratation de la kaolinite a ensuite été étudiée en combinant des méthodes théoriques (modélisation moléculaire) et expérimentales (isothermes d’adsorption à 4 températures). Ensuite, les adsorptions sur la kaolinite du chlorure de dodecylammonium (DDA) et l’hydrochlorure de 3-dodecyloxypropylammonium (EA) ont été étudiées expérimentalement à 3 températures et modélisés d’abord par des modèles expérimentaux d’adsorption mais également à l’aide de modélisation moléculaire. Enfin, dans le but d’utiliser la floc-flottation dans le traitement de minerais de fer fins, la floculation de la kaolinite a été étudiée expérimentalement. L’ajout du floculant avant la flottation de la kaolinite a permis de réduire l’entraînement sans altérer les performances de la flottation. Cependant, dans des mélanges de minéraux, la magnétite est piégée dans les flocs de kaolinite mais l’ajout d’un dispersant a permis de prévenir ce phénomène et d’obtenir des résultats satisfaisants et prometteurs. Cette thèse a démontré l'intérêt de combiner les méthodes théoriques et expérimentales pour l'élucidation des mécanismes d'adsorption impliqués dans le procédé de flottation, et a également montré que la floc-flottation est un procédé prometteur pour la valorisation des minerais de fer fins.
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Dates and versions

tel-04279305 , version 1 (10-11-2023)

Identifiers

  • HAL Id : tel-04279305 , version 1

Cite

Juliette Lainé. Multiscale approaches for the reverse flotation of iron ores : the case of kaolinite. Chemical Sciences. Université de Lorraine, 2023. English. ⟨NNT : 2023LORR0064⟩. ⟨tel-04279305⟩
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