Dépression d'hématite verte pour la séparation par flottation sélective inverse du quartz par la gomme de caroube

Scientific Reports volume 13, Numéro d’article: 8980 (2023) Citer cet article

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La flottation cationique inverse est actuellement la principale technique de traitement pour la valorisation de l’hématite fine à partir de silicates. La flottation est connue comme une méthode efficace d’enrichissement des minéraux qui traite des produits chimiques potentiellement dangereux. Ainsi, l’utilisation de réactifs de flottation respectueux de l’environnement pour un tel processus est un besoin émergent de développement durable et de transition verte. En tant qu’approche innovante, cette étude a exploré le potentiel de la gomme de caroube (LBG) en tant que dépresseur biodégradable pour la séparation sélective de l’hématite fine du quartz par flottation cationique inverse. Diverses conditions de flottation (micro et flottation par lots) ont été réalisées, et les mécanismes d’adsorption LBG ont été examinés par différentes analyses (mesure de l’angle de contact, adsorption de surface, mesures du potentiel zêta et analyse FT-IR). Le résultat de la microflottation a indiqué que le LBG pouvait déprimer sélectivement les particules d’hématite avec un effet négligeable sur la flottabilité du quartz. La flottation de minéraux mixtes (mélange d’hématite et de quartz dans divers rapports) a indiqué que le LGB pouvait améliorer l’efficacité de la séparation (récupération de l’hématite > 88 %). Les résultats de la mouillabilité en surface ont indiqué que même en présence du collecteur (dodécylamine), LBG diminuait le travail d’adhérence de l’hématite et avait un léger effet sur le quartz. Le LBG adsorbé sélectivement par liaison hydrogène à la surface de l’hématite sur la base de diverses analyses de surface.

En raison de la demande substantielle de fer et d’acier dans diverses industries, les minerais d’oxyde de fer finement disséminés à faible teneur et de minéralogie complexe ont été comptabilisés comme des ressources en fer et traités avec différentes techniques de valorisation1. Il a été bien documenté que la séparation par flottation inverse (cationique/anionique) est la pratique de traitement la plus complète pour enrichir les minerais d’hématite à faible teneur, dans lesquels les libérations minérales se produisent en fractions fines2,3. Les silicates, les phases de gangue les plus typiques, flottent par des collecteurs cationiques / anioniques, et l’hématite devrait être déprimée par les dépresseurs4,5,6. Cependant, un volume massif de matériaux doit être introduit dans les circuits de flottation pour la valorisation de l’hématite de ces minerais de faible teneur, qui nécessitent une quantité importante de réactifs. Ces faits découlent de l’utilisation de produits chimiques de flottation sélectifs et écologiques tout au long du processus, améliorant ainsi l’efficacité du procédé et réduisant les problèmes environnementaux potentiels7,8. Ainsi, plusieurs études ont été menées pour explorer une approche écologique pour la valorisation des minerais d’hématite à faible teneur en considérant des dépresseurs biodégradables respectueux de l’environnement1,9,10,11,12,13,14,15,16,17.

Différents dépresseurs tels que l’amidon18,19,20,21, la dextrine9,10,17, la carboxylméthylcellulose12,13, les acides humiques14,15 et le tanin16 ont été examinés avec succès à cette fin. Ces études ont indiqué que la mise au point de dépresseurs respectueux de l’environnement pour la séparation par flottation inverse de l’hématite faciliterait la transition verte vers le développement durable et une production plus propre. Ainsi, il est essentiel d’examiner divers dépresseurs biodégradables, tels que les dépresseurs à base de polysaccharide, à base de polyphénols et à base de lignosulfonate, pour la dépression de l’hématite et d’explorer leurs mécanismes d’adsorption par séparation sélective.

La gomme de caroube (LBG) est un hydrocolloïde extrait de l’arbre Ceratonia siliqua, également connu sous le nom de caroube, et est largement utilisé dans l’industrie alimentaire22. LBG est un polysaccharide galactomannane de poids moléculaire élevé et a des structures monomères similaires à la gomme de guar et à la gomme tara23. Le LBG a été utilisé avec succès comme dépresseur pour la séparation par flottation de la chalcopyrite de divers minéraux (tableau 1). Il a été signalé que le LBG pouvait être sélectivement déprimé par des minéraux sulfurés (sphalérite, pyrite et galène) et du talc. LBG désactive la surface du talc par adsorption physique, principalement entraînée par la liaison hydrogène. Il étirerait le plan de cisaillement de la double couche électrique à la surface des particules de talc et réduirait leur magnitude de charge électrique24. En revanche, elle a montré une adsorption chimique sur la surface de la sphalérite par interaction avec les produits d’oxydation25. Il a également été documenté que LBG a montré une physisorption sur la surface de la pyrite et de la galène, alors que cette adsorption était plus faible sur les particules de chalcopyrite23,26. Étonnamment, l’application de LBG comme dépresseur sélectif pour la séparation par flottation de l’hématite-quartz n’a pas été rapportée.

Par conséquent, comme nouvelle approche, cette étude va examiner les propriétés de dépression LBG pour la séparation par flottation de l’hématite du quartz pendant la flottation cationique inverse (par dodécylamine (DDA) en tant que collecteur). Des expériences de micro-flottation minérale unique ont été initialement menées pour révéler les effets de LBG sur la dépression de l’hématite. Divers mélanges d’hématite synthétique et de quartz ont été utilisés pour explorer la sélectivité du procédé. La mouillabilité des minéraux a été explorée en l’absence et en présence de LBG et évaluée par des mesures d’angle de contact à diverses concentrations de collecteurs. Une caractérisation de surface a été effectuée pour identifier le mécanisme d’adsorption du LBG sur les deux surfaces des matériaux.

Des minerais d’hématite et de quartz ont été collectés dans diverses mines dans les provinces de Kerman et Bandarabas, respectivement. Un concasseur à mâchoires et un broyage à sec ont été utilisés pour le broyage d’échantillons en vrac. Les particules fines ont été tamisées et la distribution granulométrique de − 75 + 38 μm a été appliquée pour la micro-flottation. Les d80 de l’hématite et du quartz étaient respectivement de 58 et 62 m. L’échantillon d’hématite n’était pas complètement pur et enrichi d’une séparation magnétique, suivie d’une table Mozley pour améliorer la teneur en fer et éliminer les impuretés. Les échantillons ont été caractérisés et analysés par diffraction des rayons X (XRD) à l’aide d’un Bruker D8 Advance AXS et par fluorescence X (XRF) à l’aide d’un Perkin Elmer Optima 4300 XRF. Les spectres XRD des échantillons d’hématite et de quartz (Fig. 1) ont confirmé la pureté des minéraux. L’analyse XRF a vérifié la pureté relativement élevée des échantillons, la teneur en fer de l’échantillon d’hématite est de 95,5 % et la teneur en silice de l’échantillon de quartz est de 97,75 % (tableau 2).

Analyses XRD des échantillons d’hématite et de quartz.

LBG (poids moléculaire 226,66 g / mol, grade Aldrich, < 20 mm) car le dépresseur d’hématite a été acheté à Pishgaman Company à Téhéran, en Iran. Le LBG était disponible sous forme de poudre blanche solide à température ambiante (Fig. 2). Comme le LBG est un type de polysaccharide, il ne se dissout pas bien dans l’eau à 20–30 °C. Par conséquent, il nécessite une préparation préalable23,25,26,27. Pour la préparation, la poudre de LBG a été mélangée avec de l’hydroxyde de sodium et de l’eau distillée dans une fiole conique de 250 ml et placée dans une plaque chauffante, en agitant continuellement à l’aide d’un agitateur magnétique jusqu’à ce qu’un liquide opaque homogène soit utilisé.

Formule structurale de la gomme de caroube22.

La dodécylamine CH3(CH2)11NH2 a été considérée comme le collecteur. Comme les amines à longue chaîne ne sont que légèrement solubles dans l’eau, elles ont été dissoutes à l’aide d’acide chlorhydrique29. Il convient de noter que le HCl (acide chlorhydrique) a été utilisé pour préparer le collecteur et le modificateur de pH, et que le NaOH est également utilisé comme régulateur de pH. Toutes les solutions ont été préparées avec des concentrations spécifiées en utilisant de l’eau distillée.

Les essais de micro-flottation pour les minéraux purs simples ont été effectués dans un tube Hallimond de 80 mL. La vitesse fixe de l’agitateur mécanique et la vitesse d’aération étaient respectivement de 650 tr/min et 100 mL/min. Dans toutes les expériences, 1,0 g de minéraux purs et environ 75 ml d’eau distillée ont été mélangés dans le tube et conditionnés pendant 1 min sous agitation constante. Le pH de la solution a été fixé à 10. Après cela, un dépresseur (pendant 3 min) et une solution collectrice (pendant 1 min) ont été ajoutés, respectivement. Enfin, la flottaison a été effectuée pendant 1 min. Le niveau de pH a été surveillé tout au long du processus de conditionnement. Le produit de flottation a été séché dans une étuve à 50 °C et pesé avec précision avant une caractérisation plus poussée. Chaque condition par des tests de micro-flottation a été répétée cinq fois pour assurer la reproductibilité des résultats.

L’essai de mélange minéral a été effectué dans le rapport massique de 75:25 « hématite: quartz ». L’essai de flottation par lots a été effectué à l’aide d’une cellule de flottation de laboratoire Denver D12 de 1 L. Le pourcentage solide et le taux d’agitation ont été fixés à 30% et 1100 tr/min, respectivement. Le débit d’air était de 5 L/min. Les concentrations de collecteur et de dépresseur ont été utilisées à 150 et 300 g/t, respectivement. Les mêmes temps de conditionnement et d’ajout de réactifs que les essais de micro-flottation ont été pris en compte, tandis que le temps de flottation était de 2 min. Les produits de mousse et les queues ont été séchés dans une étuve à 50 °C et pesés avec précision avant une caractérisation plus poussée. La récupération a été calculée sur la base du poids sec (Eq. 1) et des analyses chimiques. Les expériences ont été réalisées en double, avec les valeurs moyennes rapportées. De plus, un minerai réel (Fe total 46,67%, SiO2 13,7%, P 1,7%) a été fourni, broyé sèchement, et des expériences similaires ont été menées pour évaluer la capacité de dépression de la gomme de caroube.

où f, t et c sont de qualité Fe sur l’aliment, la queue et le concentré.

Des mesures de l’angle de contact ont été effectuées pour caractériser la mouillabilité en surface des minéraux en l’absence et en présence de réactifs. La méthode de chute sessile (SDM) a été utilisée pour déterminer l’angle de contact à l’aide du goniomètre DSA25 (fourni par Kruss, Allemagne). La surface de la plaque minérale a été préconditionnée avec des réactifs de flottation. Par la suite, à l’aide d’une seringue en verre et d’une aiguille de 0,510 et 0,487 mm de diamètre, une gouttelette d’eau a été déposée doucement à la surface du minéral pour déterminer l’angle de contact. Toutes les mesures ont été prises à température ambiante. Le logiciel Kruss mesure automatiquement les points de contact triphasés du système entre la ligne de base et la forme de bulle ajustée pour fournir une mesure précise de l’angle de contact. Parce qu’ils peuvent s’adapter aux limites de la bulle et à la ligne de base, les modèles d’ajustement de Young-Laplace, d’ellipse et de cercle ont été utilisés. . Il était généralement connu que Young-Laplace est le modèle le plus fiable pour mesurer des angles minuscules, tandis que l’ajustement d’ellipse est plus précis pour calculer un angle de contact plus élevé, dépassant souvent 40°. Les angles de contact de l’hématite et du quartz ont été mesurés avec et sans LBG (300 mg/L). Utilisation de diverses concentrations de DDA (0, 5, 30, 50 et 75 mg/L). Le travail d’adhérence et les valeurs des coefficients d’étalement ont été calculés sur la base des NQ. (2) et (3) en utilisant les moyennes des angles de contact mesurés et leurs écarts-types pour chaque condition expérimentale.

où Wa, S, θ et γLV représentent le travail d’adhérence (erg/cm2), le coefficient d’étalement (erg/cm2), l’angle de contact (°) et la tension superficielle de l’eau (mN/m) dans l’ordre.

La technique de déplétion en solution a été utilisée pour les études d’adsorption. Dans cette procédure, 1,0 g de chaque minéral pur a été ajouté à une solution de 40 mL contenant une certaine concentration de LBG, et le pH a ensuite été ajusté au niveau souhaité. Pendant 2 h à température ambiante, les flacons sont agités à 220 tr/min. Les flacons ont été laissés debout (immobiles, pas secoués) pendant 1 h pour permettre aux solides en suspension de se déposer naturellement. Une pipette de 25 mL a été utilisée pour retirer le surnageant, qui a ensuite été centrifugé pendant 15 minutes à 6 000 tr/min dans une centrifugeuse à l’échelle du laboratoire. Le spectrophotomètre UV-Vis Helios Alpha de Thermo gamma metric a ensuite été utilisé pour mesurer la teneur en LBG restante à une longueur d’onde de 279 nm. La différence entre les concentrations initiales et résiduelles a été utilisée pour calculer l’adsorption de LBG sur les surfaces minérales (Eq. 4).

où C1 et C2 représentent respectivement les concentrations première et finale de LBG (mg/L). qe est la capacité d’adsorption à l’équilibre de l’adsorbant (mg/g), V est le volume de la solution (L) et m est le poids des minéraux (g). Les isothermes d’adsorption de Freundlich et de Langmuir ont été appliquées pour comprendre les mécanismes d’adsorption LBG à la surface du minéral (Eqs. 5 et 6, respectivement). Les facteurs n et KF pour l’isotherme d’adsorption de Freundlich et les facteurs qm et KL pour l’isotherme d’adsorption de Langmuir ont été déterminés, respectivement.

Le potentiel zêta à la surface du minéral a été mesuré à l’aide d’un Zetasizer Nano ZS. Des mesures du potentiel zêta ont été effectuées à des valeurs de pH de 2, 4, 7, 9, 10 et 11 en présence de 300 mg/L de LBG et de son absence. 1 g d’échantillon minéral a été ajouté à une solution préconditionnée de 100 mL. Une agitation magnétique a été utilisée pour conditionner la suspension. Le niveau de pH a été surveillé et maintenu pendant le conditionnement. Une électrode de pH-mètre numérique a été positionnée dans la solution pendant le conditionnement et le niveau de pH a été vérifié en permanence. La suspension a été laissée au repos pendant 5 minutes pour déposer les particules. Un échantillon de surnageant de 3 mL a été prélevé et utilisé pour déterminer le potentiel zêta. Les résultats de tous les essais, qui ont tous été effectués à température ambiante, correspondaient à la moyenne de trois mesures distinctes.

La spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) a été appliquée pour découvrir les structures moléculaires et les groupes fonctionnels à la surface de minéraux simples purs avant et après conditionnement avec LBG. Afin de conditionner les échantillons, 1,0 g de chaque échantillon pur a été ajouté à une solution aqueuse contenant 300 mg/L de LBG, puis les échantillons ont été conditionnés pendant 6 h (pH 10). Les particules ont été filtrées et séchées pendant 24 h à température ambiante. 1 % en poids de KBr (bromure de potassium) a été ajouté à l’échantillon minéral. Les spectres de minéraux purs (non traités) ont également été analysés pour faire une comparaison.

La séparation par flottation inverse de l’hématite du quartz est généralement connue pour avoir lieu à pH 1030. Les résultats des essais de microflottation (Fig. 3) à une concentration de DDA de 30 mg/L ont montré que la récupération du quartz et de l’hématite était de 94 et 75 %, respectivement. La récupération du quartz et de l’hématite n’a pas changé de façon significative jusqu’à ce que la concentration de DDA atteigne 75 mg/L. Les résultats de la micro-flottation ont révélé que sans l’ajout de LBG, de quartz et d’hématite, les deux seraient flottants même à la faible concentration de DDA (Fig. 3). Cependant, en ajoutant et en augmentant la concentration de LBG, la flottabilité de l’hématite a été considérablement réduite (Fig. 4). Alors que la flottabilité et la récupération du quartz ont montré une diminution négligeable (Fig. 4). La dose de LBG a été fixée à 300 mg/L puisque la dépression de l’hématite ne s’est pas nettement améliorée au-dessus.

Effet du DDA sur la flottabilité de l’hématite et du quartz purs en l’absence de dépresseur à pH = 10.

Effet du LBG sur la flottabilité de l’hématite et du quartz purs (en présence d’un collecteur; 30 mg/L de DDA) à pH = 10.

Un essai de flottation par lots avec un rapport massique de 75:25 « hématite: quartz » a été effectué (Fig. 5). Les résultats de la flottation par lots ont mis en évidence que la teneur en Fe, la récupération du Fe et la récupération du Si dans le concentré étaient respectivement de 56,6, 88,1 et 37,5. Ces résultats concordaient généralement avec les enquêtes précédentes, ce qui indique qu’une teneur et une récupération raisonnables pourraient être obtenues avec une flottation en une seule étape1,14,16. Ces résultats ont montré que LBG pouvait déprimer sélectivement l’hématite et améliorer l’efficacité de la flottation. Les expériences sur les échantillons de minerai réels ont indiqué que la récupération du Fe à l’étape plus rugueuse et plus propre serait de 85,41%.

Teneur Fe, récupération du fer et récupération du Si du concentré de fer obtenu à partir de mélanges d’hématite et de quartz (en présence de 150 g/t de DDA, 300 g/t LBG et d’une valeur de pH de 10).

La mouillabilité en surface du quartz et de l’hématite a été étudiée en mesurant leur travail d’adhérence en fonction de l’angle de contact en présence et en l’absence de LBG et en fonction de la concentration en DDA. Les résultats (Fig. 6a–d) ont montré que l’augmentation de la concentration du collecteur réduisait le travail d’adhérence pour les deux minéraux, ce qui indique que le DDA diminuait leur énergie de surface. D’autres études ont également rapporté des résultats similaires où les valeurs de Wa pour les solutions aqueuses diminuaient à mesure que la concentration de collecteurs cationiques augmentait31.

Paramètres de mouillabilité du quartz pur et de l’hématite en présence ou en l’absence de 300 mg/L de LBG à pH = 10 en fonction de la concentration en DDA.

Les résultats de mouillabilité étaient cohérents avec les résultats de la micro-flottation, qui ont démontré que l’augmentation de la concentration du collecteur améliorait la flottabilité des minéraux de quartz et d’hématite (Fig. 3). Lelis et al. (2019 et 2022) ont montré que l’énergie de surface du quartz devenait significativement inférieure à celle de l’hématite en augmentant les concentrations de collecteurs cationiques32,33. Ces données ont montré que le quartz traité LBG était plus hydrophobe. Les produits à coefficient d’étalement, qui montrent comment un liquide se répand sur une phase solide, ont montré un schéma comparable pour les minéraux de quartz et d’hématite. Une valeur de coefficient d’étalement négatif élevée est préférable pour la séparation par flottation34. Il a été indiqué que l’hydrophobicité du quartz était considérablement supérieure à celle de l’hématite traitée avec LBG, ce qui confirmait les résultats de l’essai de microflottation. Les phénomènes observés dans l’étude, où le minéral de quartz présentait une hydrophobicité plus élevée que le minéral d’hématite traité LBG, peuvent être attribués aux ions DDA ayant une plus grande attraction électrostatique pour la surface du quartz que la surface de l’hématite traitée par LBG. Cette attraction électrostatique peut avoir été encore renforcée par la formation de liaisons hydrogène entre les ions DDA et les groupes silanol à la surface du quartz32,35,36,37. Les résultats de mouillabilité en surface (Fig. 6a) ont également indiqué que l’hématite traitée par LBG avait un travail d’adhérence plus élevé que les échantillons d’hématite non traitée. Cette forte adhérence pourrait être corrélée à une affinité plus élevée de l’hématite traitée LBG pour l’eau. En d’autres termes, même en présence de DDA, LBG a considérablement abaissé la surface de l’hématite par rapport au quartz. En présence du collecteur, le coefficient d’étalement de l’hématite traitée LBG a démontré que sa surface était tournée pour être complètement humide. D’autre part, le quartz a présenté une réponse différente (Fig. 6d), avec des niveaux inférieurs de son travail d’étalement et d’adhésion en présence de LBG que d’hématite. Il a été constaté que l’ajout de LBG ne modifiait que légèrement la mouillabilité du quartz en présence de DDA. Ces résultats confirment les résultats de la micro-flottation, qui ont montré que le quartz montrait une flottabilité élevée même lorsque LBG était présent (Fig. 4).

Sur la base de l’évaluation de l’adsorption de LBG sur les surfaces du quartz et de l’hématite, il a été constaté que l’augmentation de la concentration de LBG entraînait une augmentation de la quantité de LBG adsorbé sur les deux surfaces minérales (comme le montre la Fig. 7). Cependant, la quantité de LBG adsorbée sur la surface de l’hématite était beaucoup plus élevée que celle sur la surface du quartz, même sur une large gamme de concentrations de LBG. Plus précisément, lorsque la concentration de LBG atteignait 150 mg/L, la quantité d’adsorption de LBG à la surface de l’hématite était de 2,3 mg/g, alors que sur la surface du quartz, elle n’était que de 0,57 mg/g à la même concentration. Cela indique que LBG a une interaction d’adsorption plus forte avec la surface de l’hématite qu’avec le quartz.

Quantité d’adsorption de LBG sur l’hématite et le quartz en fonction de la concentration de LBG à pH = 10 (taille des particules : + 38–75 μm).

De plus, les données d’équilibre d’adsorption ont été analysées à l’aide des équations isothermes de Freundlich et de Langmuir, et les résultats (comme le montre le tableau 3) ont indiqué que le modèle isotherme de Langmuir était un ajustement plus approprié pour déclarer l’adsorption LBG sur les surfaces minérales en raison de ses coefficients de corrélation plus élevés. En outre, les valeurs qm de l’hématite et du quartz se sont avérées être de 3,90 et 0,86, respectivement, ce qui suggère que l’interaction de LBG avec l’hématite est significativement plus forte que celle avec le quartz.

Les mesures du potentiel zêta (Fig. 8) ont indiqué que le quartz nu et le IEP (point isoélectrique) de l’hématite se produisaient à pH 2 et environ 4,2, respectivement. Des valeurs similaires ont été rapportées dans diverses enquêtes16,38,39,40,41. Les potentiels zêta à la surface de l’hématite et du quartz sont pratiquement restés plus négatifs à mesure que les valeurs de pH augmentaient et étaient négatifs sur la plage de pH de flottation. Cependant, lorsque LBG a été ajouté (300 mg/L), les potentiels zêta des deux minéraux traités ont été augmentés par rapport à leurs minéraux non traités. La variation sur la surface de l’hématite en présence de LBG était plus élevée que dans le quartz, ce qui indique que LBG était davantage adsorbé sur la surface de l’hématite. Ces résultats sont compatibles avec les résultats des analyses de mouillabilité et d’adsorption. Cependant, l’ampleur de la charge de surface pour les deux minéraux n’a pas été affectée. Ce phénomène pourrait être dû aux propriétés polymériques non ioniques du LBG, un polysaccharide avec de nombreux groupes hydroxyles aux caractéristiques polymériques non ioniques42. Les variations observées ont été causées par le mouvement des plaques coulissantes de doubles couches électriques aux interfaces minérales affectées par le LBG adsorbé sur les surfaces des deux minéraux24,43.

Potentiels zêta d’hématite et de quartz à différentes valeurs de pH en présence de 300 mg/L de LBG.

Selon les analyses FT-IR (comme le montre la Fig. 9), le spectre de LBG présentait une large bande à 3425,41 cm−1, ce qui est associé à la vibration d’étirement des groupes –OH. La vibration d’étirement C–H des groupes alkyle–CH et –CH2 a été observée à 2927,41 cm−1, et la vibration d’étirement C–O–H était présente à 1022,08 cm−1 44,45. Les structures chimiques du LBG contiennent des groupes fonctionnels contenant de l’oxygène, tels que le carboxyle et l’hydroxyle, qui provoquent l’interaction du LBG avec les surfaces des minéraux métalliques. Comme on le voit (Fig. 9a), les bandes caractéristiques de l’hématite sont apparues à 476,33 cm−1, 551,54 cm−1 et 1087,45 cm−1, qui étaient liées à la vibration Fe–O (Metal-O) et –OH étirement vibration46. Lorsque la surface de l’hématite traitée par LBG est apparue (Fig. 9a), de nouveaux pics sont apparus à 3426,88 et 2366,22 cm−1, liés à la vibration d’étirement des groupes hydroxyle –OH et aux vibrations d’étirement du –CH2 du spectre LBG, respectivement. Ces résultats suggèrent que les molécules de LBG ont été efficacement adsorbées sur la surface de l’hématite. La présence de nombreux groupes hydroxyles dans la structure de LBG peut avoir facilité la liaison hydrogène, rendant possible l’adsorption entre LGB et la surface de l’hématite. D’autre part, des bandes caractéristiques pour les particules de quartz ont été observées à 1083,79 cm−1, 798,38 cm−1 et 462,83 cm−1 (groupes silanol et bandes –OH) (Fig. 9b). Lorsque le quartz a été traité avec LBG, aucun nouveau pic caractéristique n’est apparu dans le spectre quartz + LBG (Fig. 9b). Ces spectres et la mesure du potentiel zêta ont démontré que LBG interagit faiblement avec la surface du quartz. Ainsi, LBG peut être utilisé comme dépresseur sélectif de l’hématite dans la séparation par flottation du quartz.

Spectres FT-IR de (a) Hématite et (b) Quartz traité avec 300 mg/L de LBG.

Selon les résultats, LBG a le potentiel d’agir comme un dépresseur d’hématite efficace dans la flottation cationique inverse. Les résultats obtenus lors des essais de micro-flottation ont indiqué que le LBG pouvait diminuer significativement la flottabilité de l’hématite tout en ayant un impact négligeable sur la récupération du quartz. Les analyses de caractérisation de surface ont montré que l’hydrophobicité du quartz était considérablement plus élevée que celle de l’hématite traitée avec du LBG, ce qui corroborait les résultats des expériences de micro-flottation (Fig. 3).

D’après les données de mouillabilité (Fig. 6), l’énergie de surface du quartz est beaucoup plus faible que celle de l’hématite. L’hématite est exposée à Fe3+ et O2− à sa surface, tandis que le quartz contient Si4+ et O2−. Une forte proportion de cations Si4+ et une faible proportion de cations métalliques à la surface du quartz ont augmenté l’adsorption des espèces d’amines et, par conséquent, amélioré la flottabilité47. En revanche, les sites métalliques sur les surfaces minérales jouent un rôle important dans l’adsorption des dépresseurs. Le résultat a montré que la quantité de LBG adsorbée à la surface de l’hématite était significativement supérieure à celle à la surface du quartz. Sur la base de la mesure du potentiel zêta (Fig. 8), LBG a moins d’interactions avec la surface du quartz. Lorsque LBG s’ajoute au processus, le potentiel zêta de l’hématite devient moins positif, ce qui augmente la différence de potentiel entre l’hématite et le quartz et améliore la séparation. Cependant, en raison de la basicité défavorable et de la constante IEP du quartz à un pH de 2, LBG n’interagit généralement pas avec le quartz (Fig. 8). Inversement, l’hématite interagit plus fortement avec des densités d’adsorption polysaccharidiques élevées car elle a un IEP de 4,2 pH, selon les tests de potentiel zêta. Ainsi, l’adsorption du LBG sur la surface de l’hématite est attribuée à l’interaction entre les ions métalliques à la surface de l’hématite et les groupes fonctionnels anioniques du LBG.

Ces résultats sont corroborés par l’analyse IRTF (Fig. 9). La structure chimique du LBG comprend des groupes fonctionnels contenant de l’oxygène, le carboxyle et l’hydroxyle, qui ont été détectés dans les spectres FTIR. Dans un environnement alcalin, de nombreux groupes carboxyles libres étaient présents dans la solution LBG, qui a un puissant effet complexant avec des ions métalliques multivalents46. Ainsi, LBG avait une affinité plus élevée pour la surface de l’hématite que le quartz. L’adsorption entre LBG et la surface de l’hématite a été attribuée à la liaison hydrogène, impliquant spécifiquement la vibration Fe-O (Metal-O) et la vibration d’étirement -OH. L’interaction entre les polysaccharides et l’hématite a été caractérisée comme une interaction acide/base, où le polysaccharide agit comme un acide, et la surface de l’hématite sert de base48,49. L’adsorption sélective du LBG sur la surface de l’hématite entraverait l’adsorption du DDA; Ainsi, l’hématite serait sélectivement déprimée. Cependant, comme LBG a une faible adsorption sur le quartz, une grande quantité de DDA a été adsorbée sur le quartz, ce qui a aidé à obtenir une récupération élevée du quartz.

Dans cette étude, l’effet de dépression de la gomme de caroube (LBG), en tant que dépresseur nouveau et respectueux de l’environnement, pour la séparation sélective de l’hématite et du quartz par flottation cationique inverse a été étudié dans diverses conditions de flottation. Les résultats de la micro-flottation ont montré que le LBG pouvait réduire considérablement la flottabilité de l’hématite même à une faible concentration (30 mg/L) avec un effet négligeable sur la récupération du quartz. L’expérience de flottation par lots a révélé que LBG a une sélectivité élevée pour la dépression de l’hématite, avec des grades Fe et une récupération de Fe dans des concentrés de 56,6 et 88,1, respectivement. Diverses analyses de surface ont montré que l’adsorption LBG sur l’hématite et le quartz différait considérablement. L’analyse de mouillabilité a indiqué qu’en augmentant les concentrations du collecteur, l’énergie de surface du quartz était significativement inférieure à celle de l’hématite; ainsi, l’hydrophobicité du quartz était significativement plus élevée que l’hématite traitée par LBG. De plus, la différence d’adhérence entre l’hématite traitée au LBG et les échantillons non traités était très importante. L’ajout de LBG n’a que légèrement modifié la mouillabilité du quartz en présence de DDA. L’analyse par adsorption de surface a montré que le LBG interagissait avec la surface de l’hématite plus fortement que le quartz, tandis qu’à la concentration de 300 mg/L LBG, les quantités d’adsorption d’hématite et de quartz étaient de 3,3 et 1,7 (mg/g), respectivement. Les résultats FT-IR ont révélé que les molécules de LBG étaient adsorbées via une liaison hydrogène sur la surface de l’hématite et interagissaient faiblement avec la surface du quartz.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de la présente étude sont disponibles auprès de l’auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Les auteurs remercient le personnel du laboratoire de traitement des minéraux de l’Université de Téhéran pour son soutien technique. Ce manuscrit résulte d’un projet soutenu par CAMM3, le Centre des mines et de la métallurgie avancées, en tant que centre d’excellence de l’Université de technologie de Luleå.

Financement en libre accès fourni par l’Université de technologie de Lulea. Financement en libre accès fourni par le Centre of Advanced Mining and Metallurgy (CAMM3).

École d’ingénierie minière, Collège d’ingénierie, Université de Téhéran, Téhéran, Iran

Mehrdad Kordloo, Gholamreza Khodadadmahmoudi, Ehsan Ebrahimi & Ali Rezaei

Département de génie minier et métallurgique, Université Yazd, Yazd, 89195-741, Iran

Arash Tohry

Génie des minéraux et de la métallurgie, École suédoise des mines, Département de génie civil, environnemental et des ressources naturelles, Université de technologie de Luleå, 971 87, Luleå, Suède

Saeed Chehreh Chelgani

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Correspondance avec Arash Tohry ou Saeed Chehreh Chelgani.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Kordloo, M., Khodadadmahmoudi, G., Ebrahimi, E. et al. Dépression d’hématite verte pour la séparation par flottation sélective inverse du quartz par la gomme de caroube. Sci Rep 13, 8980 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36104-5

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Reçu: 01 mars 2023

Acceptée: 30 mai 2023

Publication : 2 juin 2023

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