Déprimants

Les déprimants sont des réactifs empêchant l’adsorption des collecteurs spécifiques à la surface des minéraux que l’on souhaite flotter en occupant les sites d’adsorption des collecteurs. Ils doivent avoir la même fonctionnalité qu’un collecteur mais, de par leur structure, rendent la surface du minéral hydrophile (Sis et Chander, 2003).

Les trois types de déprimants utilisés sont le silicate de sodium, l’hexamétaphosphate de sodium et l’amidon. Le Tableau 2-16 reporte les spécificités de ces déprimants utilisés.

Nom chimique Formule chimique fournisseur Poids moléculaire (g.mol-1) Silicate de sodium trihydrate (d=1,33 g/cm3) Na2SiO3.3H2O Prolabo 122,063 Hexamétaphosphate de sodium Na6O18P6 Prolabo 611,770

Amidon (maïs) (C6H10O5)n

SIGMA-ALDRICH -

91 2.3.5.1. Le silicate de sodium a) Espèces en solution en fonction du pH.

Le silicate de sodium tri hydrate utilisé est composé de 25,5-26,5 % de SiO2 et de 7,5-8,5 % de Na2O avec un ratio SiO2/ Na2O égale à 3,22.

Les espèces en solution provenant de la dissociation du silicate de sodium, sont en relation avec la solubilité de la silice amorphe (Marinakis et Shergold, 1985). Les solutions diluées de silicate de sodium sont définies pour celles ayant une concentration en silice inférieure à la solubilité de la silice amorphe telle que 1,99-2,33.10^-3 M à 298K (Alexander et al., 1954).

Les réactions suivantes définissent les espèces en solutions du silicate de sodium en fonction du pH (Cf. Equations II-59, II-60, II-61, II-62, II-63). Ingri (1959), Bilinski et Ingri (1967) et Langerström (1959) ont défini les constantes d’équilibre des équilibres suivants.

D’après ces équations, le diagramme de distribution des espèces et de la solubilité de la silice en fonction du pH peut être construit (cf. Figure 2-31).

La solubilité de la silice amorphe n’est pas dépendante du pH entre pH 4 et 9. A un pH supérieur à 9, la solubilité augmente du fait de la formation de monosilicates, de disilicates et d’autres ions. L’espèce majoritaire soluble Si(OH)4 prédomine pour des pH inférieurs à 9. Pour des pH compris entre 9,5 et 12,5, c’est SiO(OH)3^- et au-dessus de pH 12,5, SiO2(OH)2^2-, Si4O6(OH)6^2- ne prédomine dans aucun domaine de pH mais sa concentration est maximum entre pH 10 et 12.

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Figure 2-29 – Diagramme des espèces et de solubilité de la silice amorphe (Stumm et Morgan, 1970)

Dans les solutions saturées en silice amorphe, une polymérisation de la silice est observable. Ce phénomène est très dépendant du pH, de la concentration en silice amorphe et de la température (Marinakis et Shergold, 1985). Sachant que la dépolymérisation s’effectue lorsqu’une dilution est effectuée, le degré de polymérisation est considéré comme nul, selon Marinakis et Shergold, (1985).

b) Mode d’adsorption

L’adsorption de ce déprimant sur la surface des minéraux du calcium tels que la calcite, l’apatite et la fluorite, est optimale pour des pH au-dessus de 10 et en dessous de 6 pour les deux derniers minéraux décrits ci-après. La dépression de la surface de la calcite s’opère pour tous les pH acides et basiques. Le mode d’adsorption principal du silicate de sodium sur ces minéraux est principalement chimique suivant les deux réactions suivantes (cf.

Equations II-64, II-65) (Mishra 1982 ; Marinakis et Shergold, 1985). L’Equation II-64 est

la plus probable, la seconde est moins probable du fait que les deux molécules réagissant ensemble sont des acides.

Concernant l’adsorption du silicate de sodium sur la fluorite, Marinakis et Shergold (1985) ont suggéré que des liaisons hydrogènes peuvent s’effectuer entre les groupements silanols du silicate de sodium et les ions fluorures de la surface de ce minéral.

Enfin, la précipitation de silicate de calcium provenant de la combinaison des ions Ca²⁺ en solution et des espèces du silicate de sodium est possible. Ce phénomène augmente

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l’efficacité de la dépression des surfaces des minéraux. Les pH critiques de précipitation du silicate de calcium sont estimés à 9 pour la calcite et 11,5 pour l’apatite (Al-Thyabat, 2009).

Ce déprimant peut agir sur les surfaces minérales des silicates, préalablement activée par des cations divalents tels que Ca²⁺ ou Mg²⁺ provenant de la dissolution de minéraux semi-solubles (Eigeles et Volva, 1964 ; Al-Thyabat, 2009 ; Ejtemaei et al., 2012). La précipitation de silicate de sodium polymérique peut également déprimer la surface des minéraux silicatés.

2.3.5.2. L’hexamétaphosphate de sodium

Ce réactif inorganique est couramment utilisé comme agent détergent, coagulant-dispersant et déprimant. Il a pour formule globale (NaPO3)6.

L’hexamétaphosphate de sodium dans l’eau peut avoir différentes formes suivant le pH. L’ensemble des réactions figurant ci-dessous illustre les diverses espèces ioniques pouvant exister et coexister en fonction du pH.

K = 10^3,7 (II-66) (II-67) (II-68) (II-69) (II-70) (II-71)

Suivant la constante de stabilité de l’Equation II-66, il est facilement déductible que l’espèce majoritaire pour un pH supérieur à pKa égale à -3,7 sera l’espèce suivante .

D’après Leja, (1982), les ions polyphosphates s’adsorbent de deux manières sur la surface des minéraux. La première de façon électrostatique et la deuxième par des liaisons covalentes avec les cations présents à la surface du minéral.

Ce réactif peut également réagir avec les cations provenant de la dissolution de la surface des minéraux et former dans la solution et sur les surfaces minérales des précipités. Dans ce cas-là, la dépression des surfaces minérales n’est pas sélective.

Enfin, dans le cas où, sur certaines surfaces minérales des cations métalliques sont adsorbés, les ions polyphosphates peuvent réagir fortement avec ces cations, les désorber de la surface minérale et former des précipités dispersés.

2.3.5.3. L’amidon

L’amidon est un réactif déprimant de type organique. C’est un polysaccharide, polymère constitué de plusieurs oses liés entre eux par des liaisons –O-osiques. Les polysaccharides sont des polymères naturels, non toxiques et biodégradables. De plus, ils sont

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plus résistants à l’oxydation que des déprimants inorganiques. L’amidon est composé de deux types de polymères tels que l’amylose et l’amylopectine (cf. Figures 2-33 et 2-34).

Figure 2-30 - Configuration de l'amylose (Leja, 1982)

Figure 2-31 - Configuration de l'amylopectine (Leja, 1982)

L’amylose est un polymère linéaire de D-glucose reliés entre eux par des liaisons α1-4 glucosidiques. Il contient un très faible pourcentage de ramification (≈1 %) en liaison α 1-6 glucosidique (Takeda et al., 1990). Le nombre d’unité glucose dans une molécule d’amylose est compris entre 500 et 20000. La structure de cette molécule est hélicoïdale avec un pas de l’hélice de l’ordre de 10,6 Ȧ. Dans l’eau, l’amylose se comporte comme une hélice flexible avec un rayon hydrodynamique compris entre 7 et 22 nm². Dans le cas de l’amidon de maïs, amidon utilisé dans cette étude, 27 % de cet amidon est composé d’amylose. L’amylopectine, structure ramifiée en liaison α 1-4-6 glucosidique, représente 73 % de la masse en amidon de maïs. Les points de branchement sont répartis tous les 10 à 20 glucoses. Cette molécule comporte trois types de chaînes A, B et C. La chaîne C comporte une fonction hémiacétale libre ayant un pouvoir réducteur. La chaîne A est seulement reliée au reste de la molécule par l'intermédiaire de sa potentielle extrémité réductrice tandis que la chaîne B est reliée de la même façon et comporte plusieurs chaînes A. Les ratios typiques A : B sont généralement compris entre 1 : 1 jusqu’à 1·5 : 1¹⁰.

L’amidon de maïs est partiellement cristallin et comporte une forme cristalline de type A et une forme amorphe. Cette structure cristalline consiste en un arrangement de double hélice selon un système monoclinique.

Dans l’eau, l’amidon de maïs n’est pas soluble. En présence d’eau, les granules d’amidon de maïs subissent un processus de gélatinisation (Waigh et al., 2000 ; Parker et Ring, 2001 ; Filippov et al., 2013). La présence de NaOH à une concentration de 0,03 M permet de réaliser une neutralisation 20 % de l’amidon de maïs. Cette neutralisation augmente la solubilisation de l’amidon dans l’eau. NaOH réagit avec les groupements hydroxyles désorganisant la chaîne jusqu’à la casser et de ce fait, permet une plus grande solubilisation de

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l’amidon. La solution mère d’amidon est préparée chaque jour pour éviter la dégradation (Iwasaki et al. 1969) et à une concentration de 0,1 %.

L’adsorption de l’amidon peut s’opérer dans des pH compris entre 3 et 11. La densité d’adsorption de l’amidon sur la surface du quartz, de la magnétite et de la pargasite ne change pas en fonction du pH (Filippov et al., 2013).

D’après Somasundaran, 1969, Khosla et al., 1984, l’adsorption de l’amidon sur les surfaces de la calcite serait de type formation de complexes chimiques entre l’ion alcalino-terreux Ca²⁺ et les fonctions alcool de la molécule d’amidon. D’après Filippov et al., 2013, l’amidon s’adsorbe sur la surface de la pargasite en formant un complexe entre l’ion métallique et les fonctions alcool de la molécule d’amidon. Il serait très probable que la formation de complexe entre le cation Ca²⁺ et l’amidon se réalise selon le même principe mais des études d’adsorption doivent être réalisées pour confirmer cette hypothèse.

Quant à l’adsorption de l’amidon sur le quartz, il serait plus probable qu’elle se réalise par liaison hydrogène entre les hydroxyles de la molécule d’amidon et ceux des groupements hydroxylés de la surface du quartz, les groupements silanols (Filippov et al., 2013).

2.4. EFFET SYNERGIQUE D’UN MELANGE DE TENSIOACTIF