1. Le concept de flottaison
La flottation, également appelée enrichissement par flottation, est une technique de traitement des minerais qui sépare les minéraux utiles des minéraux de la gangue à l'interface gaz-liquide-solide. Ce procédé exploite les différences de propriétés de surface des différents minéraux présents dans les minerais et est aussi désigné par le terme « séparation interfaciale ». L'ensemble des procédés technologiques qui utilisent directement ou indirectement les interfaces de phase pour séparer les particules en fonction de leurs propriétés interfaciales est appelé flottation.
Les propriétés de surface des minéraux désignent les propriétés physiques, chimiques et autres de la surface des particules minérales, telles que la mouillabilité, les propriétés électriques de surface, les types, la saturation et l'activité des liaisons chimiques des atomes de surface, etc. Différentes particules minérales présentent des propriétés de surface spécifiques. En exploitant ces différences, la séparation et l'enrichissement des minéraux peuvent être réalisés grâce aux interfaces de phase. Ainsi, le procédé de flottation met en jeu des interfaces triphasiques gaz-liquide-solide.
Les propriétés de surface des minéraux peuvent être modifiées artificiellement afin d'accroître les différences de surface entre les minéraux utiles et les particules de gangue, facilitant ainsi leur séparation. En flottation, des réactifs sont généralement utilisés pour modifier artificiellement ces propriétés, accentuer les différences de surface entre les minéraux, moduler l'hydrophobicité des surfaces, et ainsi ajuster et contrôler le comportement des minéraux lors de la flottation et obtenir de meilleurs résultats de séparation. Par conséquent, l'application et le développement de la technologie de flottation sont étroitement liés aux réactifs utilisés.
Les propriétés de surface des particules minérales étant différentes de leurs paramètres physiques, tels que la densité et la susceptibilité magnétique (difficiles à modifier), il est possible d'intervenir artificiellement sur ces propriétés afin d'obtenir les différences de surface requises pour la séparation des minéraux. C'est pourquoi la flottation est largement utilisée pour la séparation des minéraux et est reconnue comme une méthode de traitement universelle. Elle est particulièrement efficace pour la séparation des particules fines et ultrafines.
2. Applications de la flottation
Le traitement des minéraux est une opération de production qui prépare les matières premières pour la métallurgie et l'industrie chimique, et la flottation par mousse est devenue l'une des méthodes de traitement des minéraux les plus importantes. Presque toutes les ressources minérales peuvent être séparées par flottation.
Actuellement, la flottation est largement utilisée dans le traitement des minerais de métaux ferreux, principalement pour l'enrichissement en fer et en manganèse, tels que l'hématite, la smithsonite, l'ilménite et d'autres minéraux ; des minerais de métaux précieux, principalement pour l'enrichissement en or et en argent ; des minerais de métaux non ferreux tels que le cuivre, le plomb, le zinc, le cobalt, le nickel, le molybdène, l'antimoine, y compris les minéraux sulfurés comme la galène, la sphalérite, la chalcopyrite, la chalcocite, la molybdénite, la pentlandite, et les minéraux oxydés comme la malachite, la cérusite, l'hémimorphite, la cassitérite, la wolframite ; pour la séparation des minéraux salins non métalliques tels que la fluorite, l'apatite, la barytine, et des minéraux salins solubles comme le sel de potasse et le sel gemme ; ainsi que pour la séparation des minéraux non métalliques et des minéraux silicatés tels que le charbon, le graphite, le soufre, le diamant, le quartz, le mica, le feldspath, le béryl, le spodumène.
La flottation bénéficie d'une solide expérience dans le traitement des minéraux, grâce à des progrès technologiques constants. Les minéraux à faible teneur et à structure complexe, auparavant considérés comme sans valeur industrielle, sont désormais recyclés (ressources secondaires) par flottation.
À mesure que les ressources minérales s'amenuisent, les minéraux utiles sont répartis plus finement et mélangés dans les minerais, ce qui rend la séparation plus difficile ; afin de réduire les coûts de production, des industries telles que les matériaux métallurgiques et les produits chimiques ont des exigences plus élevées en matière de normes de qualité et de précision des matières premières transformées, c'est-à-dire des produits séparés.
D'une part, il est nécessaire d'améliorer la qualité ; d'autre part, face à la difficulté de séparer les minéraux en raison de leur granulométrie fine, la flottation s'est avérée de plus en plus avantageuse par rapport aux autres méthodes, devenant ainsi la méthode de traitement des minéraux la plus répandue et la plus prometteuse à l'heure actuelle. Initialement utilisée pour les minéraux sulfurés, la flottation s'est progressivement étendue aux minéraux oxydés et non métalliques. Aujourd'hui, la quantité totale de minéraux traités par flottation dans le monde atteint plusieurs milliards de tonnes chaque année.
Ces dernières décennies, l'application de la technologie de flottation ne se limite plus au domaine du génie du traitement des minéraux, mais s'est étendue à la protection de l'environnement, à la métallurgie, à la fabrication du papier, à l'agriculture, à l'industrie chimique, à l'alimentation, aux matériaux, à la médecine, à la biologie et à d'autres domaines.
Par exemple, la récupération par flottation de composants utiles dans les produits intermédiaires, les composés volatils et les scories de la pyrométallurgie ; la récupération par flottation des résidus de lixiviation hydrométallurgique et des produits de précipitation déplacés ; la flottation dans l’industrie chimique pour le désencrage du papier recyclé et la récupération des fibres à partir des liquides résiduaires de pâte à papier ; l’extraction de pétrole brut lourd à partir de sable minéralisé de lit de rivière, la séparation des petits polluants solides, des colloïdes, des bactéries et l’élimination des impuretés métalliques à l’état de traces des eaux usées sont des applications typiques en génie de l’environnement.
Grâce à l'amélioration des procédés et méthodes de flottation, et à l'apparition de réactifs et d'équipements de flottation nouveaux et performants, la flottation sera de plus en plus utilisée dans divers secteurs industriels. Il convient de noter que l'utilisation de réactifs augmente le coût de traitement (comparativement à la séparation magnétique et à la séparation gravimétrique) ; la granulométrie requise pour le traitement est relativement stricte ; le procédé de flottation est soumis à de nombreux facteurs et exige une expertise technologique importante ; enfin, les eaux usées contenant des résidus de réactifs sont nocives pour l'environnement.
3. Contenu de la recherche sur la flottation
Le procédé de flottation utilise des minéraux solides et des milieux de séparation (eau, gaz). Les principaux thèmes de cette recherche portent sur les principes fondamentaux de la flottation, les réactifs, les équipements et les procédés de flottation.
La théorie fondamentale de la flottation comprend la flottabilité des minéraux, les propriétés des interfaces de séparation, etc., l'étude des propriétés des interfaces de phase, l'interaction entre les phases, le mécanisme de minéralisation par bulles, etc. ; la recherche sur les réactifs de flottation porte sur leurs types, structures, propriétés, mécanismes d'action, méthodes de préparation et d'utilisation ; la recherche sur les machines de flottation porte sur leur structure, leur principe de fonctionnement et leurs applications ; la recherche sur les procédés de flottation concerne la structure du procédé, l'influence et le contrôle des facteurs de procédé, et le système de réactifs ; enfin, des recherches portent sur l'application pratique à divers minerais.
Le système théorique de la recherche sur la flottation fait appel à des disciplines telles que la minéralogie des procédés, la chimie organique, la chimie inorganique, la chimie physique (chimie des interfaces, chimie des colloïdes), la mécanique des fluides, le génie mécanique, la détection automatique et l'analyse technico-économique.
Date de publication : 9 février 2026