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Amélioration du rendement de récupération du cobalt en fractionnant le booster et le tall-oil comme activant

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par Ghislain Kibwe Ilunga
Université de Kolwezi - Gradué en sciences appliquées de l'ingénieur 2015
  

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RESUME

La présente étude porte sur l'amélioration du rendement de récupération du cobalt en fractionnant le booster et le tall-oil comme activant, étude se rapportant au concentrateur de Kolwezi, l'un des sièges de la Générale des carrières et des mines. Les issues des opérations dans ce concentrateur sont telles que les rejets usines contiennent encore les métaux valorisables en taux considérables par le simple fait que le tall-oil est rarement d'usage au finissage du concentré de l'ébauchage secondaire.

Cela étant, nous avons tenu en compte une distribution séquentielle du booster et de tall-oil en simple ébauchage. Pour ce besoin, l'étude théorique traite les généralités sur la fragmentation, les considérations théoriques sur la flottation tout en se référant aux actuelles pratiques du concentrateur de Kolwezi.

La partie expérimentale consiste en une caractérisation chimique, minéralogique et granulochimique de l'alimentation de la flottation du concentrateur de Kolwezi, en une mise en oeuvre des tests de flottation qui se subdivisent en quatre grandes catégories qui sont : les essais de flottation dans les conditions du concentrateur de Kolwezi, les essais de flottation avec le booster fractionné, les essais de flottation avec le tall-oil fractionné, enfin les essais des flottation avec les deux activants fractionnés. Et une brève étude des rejets de différentes catégories d'essais de flottation ; avec une tentative d'analyse des résultats dans les différents cas.

Après différents travaux aux laboratoires, la présente étude nous réserve ce qui

suit :

? En ce qui concerne l'alimentation de la flottation, la granulométrie est loin de celle retenue théoriquement par la division du contrôle d'exploitation et ceci nous pousse à dire que le broyage humide produit en grande quantité les grossiers.

? Les essais de flottation avec le booster fractionné ne donnent pas de meilleurs résultats.

? Les essais de flottation avec le tall-oil fractionné nous fournissent de bons résultats, un épuisement sensible du rejet mais avec un problème de

concentration du manganèse qui va jusqu'autour de 1,5 % dans le concentré ébauché et un rendement d'environ 61%.

? Quelques essais dans la catégorie du booster et du tall-oil fractionnés ont été retenus pour une combinaison de fractions dans le but d'améliorer le rendement de récupération du cobalt. La combinaison de 25-75-0% du booster et de 30-0-70% du tall-oil fournit les meilleurs résultats pour cette étude. Respectivement pour le cobalt et le cuivre, nous avons un concentré de tête titrant 2,05 et 23,43%, un concentré ébauché ayant pour teneur 0,77 et 5,06%, un rendement de récupération en tête de 23,74 et 47% ; en ébauchage, nous avons obtenu un rendement de 79,16 et 89,8%. En ce qui concerne les rejets de flottation, nous avons enregistré une teneur de 0,24 % pour le cobalt et 0,68 % pour le cuivre.

EPIGRAPHE

II

DEDICACES

A vous mes parents Isaac BULAMBO et Hélène Pétronie MALOBA pour le grand amour, leur éducation et tous les sacrifices qu'ils ne cessent de consentir pour moi.

A vous mes frères et soeurs Joël BANGA, Elie KASONGO, Michée KAZADI, Evodie MBUYU, Syntiche SAMBIABO, Léopold MUTAMBA, Paulin KATSHONGO, Chrysostome MUTOMBO, Bienvenu SANGA, Miradie Hélène MALOBA ; ce présent travail est pour vous le fruit de votre compréhension, votre soutien et amour que vous n'aviez cessé de témoigner à notre égard.

A vous mes nerveux et nièces, voici pour vous le chemin à emprunter pour arriver à un bonheur et que ceci soit pour vous un exemple à suivre.

A la famille KABAMBA TSHINGAMBO, soyez rassuré que nos mots sont sans valeurs pour exprimer notre gratitude envers vous.

A vous mes oncles et tantes.

A vous mes chers amis Nathan KALOMBO et John KAMWENZE pour vos conseils d'une grande valeur et votre soutien incontestable envers notre personne.

A vous tous dont les noms ne se trouvent pas cités, nous vous rassurons que la liste n'est pas exhaustive en vous remerciant pour toutes les actions engagées à notre faveur.

III

AVANT-PROPOS

Initialement à l'Eternel Dieu des armées, nous lui rendons grâce, car il ne cesse de nous offrir sans prix le souffle de vie, lui en qui repose notre prospérité.

Nous adressons nos sincères remerciements à l'endroit de l'assistant Ingénieur civil Guédally BWEREVU qui en dépit de ses multiples occupations, a donné le meilleur de lui-même pour la réussite du présent travail. Nous rassurons notre estime pour les fructueuses remarques qu'il n'a cessé de formuler à notre personne. Nos remerciements sont également adressés par l'intermédiaire du Docteur Ingénieur Civil Moise MUKEPE, Doyen de la faculté, à tout le corps académique et enseignant de la faculté polytechnique de l'Université de Kolwezi pour la formation qu'il ne cesse de mettre à notre profit.

Aux responsables de la Gécamines, nous réitérons nos remerciements et particulièrement à ceux du concentrateur de Kolwezi pour nous avoir accepté de mener nos études au sein de leur siège.

Dans le même ordre d'idée, nos remerciements vont tout droit vers l'ingénieur Civil RAMAZANI, Directeur de siège ; les ingénieurs civils KALENGA MWENZE, et Trésor MIMPIYA pour leurs encadrements tout au long de la période de recherches, sans devoir oublier Messieurs MWAMBA KALENGA, David TSHOTA, Patrick MUPENDA, NSENGA MUYOMBO ainsi que Madame Brigitte.

Au terme de notre formation de gradué en sciences appliquées et par ce travail de fin de cycle qui est le couronnement de plusieurs années de labeur, qu'il nous soit permis de nous acquitter de cet agréable devoir. Celui de remercier un nombre important des personnes qui méritent notre profonde gratitude pour leurs contributions non seulement dans l'élaboration de ce présent travail mais surtout à l'édification de la formation reçue.

Que nos ainés scientifiques ingénieurs civils : Richard KATONGE, Gabriel MWANASAYI, Gloire KAMANDA, Guellord NGAMBA, connaissances et compagnons de lutte : Joël MAYAVA, Christian TSHAKAMBOWA, Ophélie MWENDO, Hugues KANDA, Francie FATUMA, Grace SHIMBA, Gentil MUFINDA, Yves MULONGA, Jacques KABUSU, trouvent l'expression de notre gratitude eu égard à leur soutien incontestable.

IV

TABLE DES MATIERES

RESUME 1

EPIGRAPHE I

DEDICACES II

AVANT-PROPOS III

TABLE DES MATIERES IV

LISTE DES AVREVIATIONS ET ACRONYMES VII

LISTE DES FIGURES VIII

LISTE DES TABLEAUX IX

LISTE DES ANNEXES X

INTRODUCTION 1

CHAPITRE I. GENERALITES SUR LA FRAGMENTATION 3

I.1. INTRODUCTION 3

I.2. OBJECTIFS ET PROCESSUS DE LA FRAGMENTATION 4

I.2.1. OBJECTIFS DE LA FRAGMENTATION 4

I.2.2. PROCESSUS DE LA FRAGMENTATION 5

I.3. PROBLEME DE LA FRAGMENTATION 5

I.4. APPROCHE DU PROCESSUS DE FRAGMENTATION 6

I.5. EVALUATION DU RENDEMENT D'UN CIRCUIT BROYAGE- CLASSIFICATION 7

I.6. OBJECTIFS ET APPAREILLAGE DE LA CLASSIFICATION 8

I.6.1. OBJECTIFS DE LA CLASSIFICATION 8

I.6.2. APPAREILLAGE DE LA CLASSIFICATION 8

I.7. LOIS DE LA DISTRIBUTION GRANULOMETRIQUE DES PRODUITS BROYES ... 10

CHAPITRE II. CONSIDERATIONS THEORIQUE SUR LA FLOTTATION 12

II.1. GENERALITES 12

II.2. TYPES DE FLOTTATION 13

II.2.1. FLOTTATION A L'HUILE 13

II.2.2. FLOTTATION PELLICULAIRE 13

II.2.3. FLOTTATION A LA MOUSSE 13

II.3. MECANISME DE FLOTTATION 13

II 3.1. LA POLARITE DES MINERAUX 13

V

II.3.2. LES INTERFACES 14

II.3.2.1. INTERFACE SOLIDE-LIQUIDE S-L 15

II.3.2.2. INTERFACE LIQUIDE-GAZ 15

II.3.2.3. LE SYSTEME SOLIDE-LIQUIDE-GAZ 16

II.3.2.4. ANGLE DE CONTACT 16

II.4. LES REACTIFS DE FLOTTATION 17

II.4.1. LES COLLECTEURS 17

II.4.2. LES ACTIVANTS ET LES DEPRIMANTS 18

II.4.3. LES MOUSSANTS 19

II.4.4. LE MODIFICATEUR DU MILIEU 19

II.5. ADSORPTION ET ABSORPTION DES COLLECTEURS 20

II.5.1. TYPE D'ADSORPTION 20

II.5.2. THEORIE SUR LA THERMODYNAMIQUE DE L'ADSORPTION 20

II.6. CINETIQUE DE LA FLOTTATION 21

II.7. DOSAGE ET DISTRIBUTION DES REACTIFS 22

II.7.1. STRATEGIE D'AJOUT DES REACTIFS 22

II.7.2. LE DOSAGE DES REACTIFS 22

II.7.3. LA DISTRIBUTION DES REACTIFS 22

II.8. PARAMETRES DE LA FLOTTATION 22

II.9. EVALUATION D'UNE OPERATION DE FLOTTATION 24

II.10. COMPROMIS ENTRE RENDEMENT DE RECUPERATION ET TAUX DE

CONCENTRATION 25

CHAPITRE III. APPROCHE EXPERIMENTALE 26

III.1. INTRODUCTION 26

III.2. ECHANTILLONNAGE 26

III.2.1. PRELEVEMENT D'ECHANTILLON 26

III.2.2. PREPARATION DE L'ECHANTILLON 26

III.3. CARACTERISATION DE L'ECHANTILLON 27

III.3.1. CARACTERISTIQUE CHIMIQUE 27

III.3.2. CARACTERISATION MINERALOGIQUE 27

III.4. MATERIELS UTILISES 27

III.5. MODE OPERATOIRE 28

III.6. DOSAGES DES REACTIFS UTILISES 29

CHAPITRE IV. PRESENTATION ET ANALYSE DES RESULTATS 30

IV.1. INTRODUCTION 30

VI

IV.2. ANALYSE GRANULOCHIMIQUE DE L'ALIMENTATION FLOTTATION 30

IV.3. TESTS DE FLOTTATION 31

IV.3.1. OBJECTIFS DES ESSAIS DE FLOTTATION 31

IV.3.2. APPRECIATION DE L'EFFICACITE DES ESSAIS DE FLOTTATION 31

IV.3.3. CONDUITE DES ESSAIS DE FLOTTATION AU LABORATOIRE 32

IV.4. RESULTATS DES ESSAIS DE FLOTTATION AVEC EBAUCHAGE 32

IV.4.1. ESSAIS DE FLOTTATION DANS LES CONDITIONS DE REFERENCE 32

IV.4.2. ESSAIS DE FLOTTATION AVEC LE BOOSTER FRACTIONNE 33

IV.4.3. ESSAIS DE FLOTTATION AVEC LE TALL OIL FRACTIONNE 36

IV.4.4. ESSAI DE FLOTTATION AVEC LE BOOSTER ET LE TALL- OIL

FRACTIONNES 38

IV.5. DISCUSSIONS 40

IV.6. ANALYSES GRANULOMETRIQUES DES REJETS 41

CONCLUSION 43

PERSPECTIVES 44

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 45

VII

LISTE DES AVREVIATIONS ET ACRONYMES

RDC : République Démocratique du Congo

GCM : Générale des carrières et des mines

KZC : Concentrateur de Kolwezi

UCK : Usine à cuivre de Kolwezi

EMT : Etudes métallurgiques

DCE : Division de contrôle d'exploitation

OF: Over-flow

UF: Under-flow

BO: Booster

TO: Tall-Oil

VIII

LISTE DES FIGURES

Figure 1. Le système solide -liquide -gaz 15

Figure 2. Angle de contact du système S-L-G 16

Figure 3. Dispositif expérimental des essais de flottation 28

Figure 4. Schéma de flottation avec un simple ébauchage des concentrés 32

Figure 5. Evolution du rendement de récupération du Cobalt en référence 33

Figure 6. Evolution du rendement de récupération du Cobalt en présence du Booster 35

Figure 7. Evolution du rendement de récupération en présence du Tall-oil fractionné 37

Figure 8. Evolution du rendement de récupération du cobalt en présence du Booster et Tall- oil

fractionnés. 39

Figure 9. Variation de la teneur du Cobalt dans les différentes tranches des rejets 42

IX

LISTE DES TABLEAUX

Tableau 1. Classification des minéraux en fonction de leur degré de polarité 14

Tableau 2. Classification générale des collecteurs 18

Tableau 3. Analyse chimique de l'échantillon 27

Tableau 4. Doses des réactifs au concentrateur de Kolwezi 29

Tableau 5. Analyse granulochimique du composite alimentant la flottation. 31

Tableau 6. Résultats synthétiques de flottation en référence 33

Tableau 7. Résultats synthétiques de flottation avec le Booster fractionné 34

Tableau 8. Résultats synthétiques de flottation avec le Tall-oil fractionné 37

Tableau 9. Résultats synthétiques de flottation avec le Booster et Tall- oil fractionnés 39

Tableau 10. Résultats synthétiques comparatifs 41

Tableau 11. Analyses granulochimiques des rejets de flottation 41

X

LISTE DES ANNEXES

Annexe A : Essai de flottation dans les conditions de KZC A

Annexe B : Essais de flottation avec le Booster fractionné ...B

Annexe C : Essais de flottation avec le Tall-oil fractionné .C

Annexe D : Essais de flottation avec le Booster et le Tall -oil fractionnés E

Annexe E : Analyses granulochimiques de rejets de flottation en utilisant le Booster, le Tall-

oil, le Booster et le Tall -oil fractionnés F

Annexe F : Flow-sheet général du concentrateur de Kolwezi H

1

INTRODUCTION

Le concentrateur de Kolwezi (KZC), un des sièges de la Générale des carrières et des mines (GCM), débute ses opérations par un concassage suivi respectivement d'un broyage humide, d'une séparation de la gangue du minéral utile, d'une décantation et termine par une filtration avec l'obtention d'un gâteau appelé concentré titrant 15 à 20% cuivre, 2 à 3% cobalt avec quelques impuretés telles que le manganèse et le fer ayant comme teneur en moyenne respectivement 2 et 9 %.

La division de contrôle d'exploitation (DCE) de ce siège mène depuis un temps une série d'études pour la bonne marche du dit concentrateur et surtout en particulier celle de la section de flottation. La granulométrie, le temps de flottation, la dose et la distribution des réactifs sont quelques paramètres qui font l'objet de ces études.

Dans ce Concentrateur, le booster et le tall- oil sont utilisés comme activant du cobalt et sont ajoutés respectivement au conditionnement en amont de l'ébauchage primaire et à la ligne de finissage du concentré de l'ébauchage secondaire, laquelle ligne n'est pas régulièrement opérationnelle suite à un problème technique, ce qui concomitamment, diminue la récupération du cobalt par le simple fait que le tall- oil ne se trouve plus en circuit. Ainsi, une distribution séquentielle du booster et du tall- oil comme celle du sulfudrate de sodium se laisse voir donc importante pour contribuer à l'amélioration de la récupération de ce métal qui se trouve en une marge importante dans le rejet global. D'où l'intitulé du présent travail de fin de cycle : Amélioration du rendement de récupération du cobalt en fractionnant le booster et le tall- oil comme activant.

Plusieurs paramètres peuvent entrer en jeu pour l'amélioration de la récupération de cuivre et cobalt comme minéraux de valeur, mais dans notre cas, nous nous limitons objectivement à la distribution fractionnée du booster et du tall-oil sur la ligne d'ébauchage.

Pour y arriver, la présente étude est subdivisée en deux grandes parties : La première traite les généralités sur la fragmentation et les considérations théoriques sur la flottation. La seconde partie, purement pratique, s'attèle sur les approches expérimentales, la présentation et l'analyse des résultats.

2

Enfin une conclusion et des perspectives seront formulées pour mieux améliorer le rendement de récupération du cobalt et sans oublier celui du cuivre car le cuivre et le cobalt sont souvent ensembles.

3

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