Espèces prédominantes en fonction du pH

L’ensemble des trois réactifs solubles dans l’eau subissent tout d’abord une dissociation (cf. Equations II-49 et II-50) puis suivant le pH de la solution, ils présentent une espèce majoritaire soit basique (R-A^-) soit acide (R-AH).

En fonction du nombre de couple acide/base que comporte la fonction polaire du réactif, plusieurs réactions acido-basiques peuvent se réaliser en fonction du pH. De ce fait, cette fonction polaire comporte plusieurs pKa. C’est le cas pour la fonction d’acide phosphorique du réactif FLOTINOR SM15 (cf. Figure 2-24).

Le raisonnement de calcul des espèces majoritaires des réactifs solubles dans l’eau s’apparente à celui des espèces majoritaires des collecteurs cationiques (cf. Paragraphe

2.3.2.1.).

Le pH critique de solubilité de l’oléate de sodium, pHl(oléate de sodium) a pu être calculé, connaissant l’ensemble des données S et Ka de ce réactif (cf. Equation II-51).

(II-51)

La Figure 2-25 illustre le résultat concernant le calcul du pH critique de solubilité de l’oléate de sodium en fonction de la concentration en réactif. Il varie en fonction de la concentration en collecteur et du pH.

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Figure 2-23 - Diagramme thermodynamique de solubilité de l'oléate de sodium en fonction du pH

Deux zones peuvent être observées : une zone de précipitation de l’acide gras et une zone d’existence des monomères du réactif : zone dans laquelle il est préférable de travailler en flottation. Les solutions mère employées d’oléate de sodium ont une concentration de 10^-2 M. Une quantité de d’acide oléique, sous forme de précipité est en équilibre avec les phases aqueuses dissociées. Lorsqu’une dilution est opérée à partir de solution plus concentrée, les phases de précipitation de cet acide gras disparaissent. Ce diagramme n’a pu être calculé pour le réactif sulfosuccinamate de par les approximations faites sur les pKa des fonctions carboxyliques et sulfoniques de ce réactif, de même pour le réactif FLOTINOR SM15.

Les différentes formes en fonction du pH de l’oléate de sodium, du sulfosuccinamate et du réactif FLOTINOR SM15 peuvent être calculées à partir des Equations 52, 53,

II-54 et II-55 (cf. Figure 2-26).

Si pH > pHl-s, la distribution des espèces des collecteurs anioniques sera déterminée par les Equations II-52 et II-53 :

Si pH<pHl-s, la distribution des espèces des collecteurs anioniques sera déterminée par les Equations II-54 et II-55 :

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Figure 2-24 – Différentes espèces de réactifs anioniques solubles dans l’eau en fonction du pH

A pH acide, l’acide oléique est l’espèce prédominante et précipite. L’espèce basique RCOO^- est majoritaire au-dessus de pH 4,8 et prédomine dans le domaine basique.

Les deux constantes pKa données concernant les trois fonctions carboxyliques et la fonction sulfonique sont approximatives pour le sulfosuccinamate. En effet, ce sont des constantes acido-basiques d’acides carboxyliques et sulfoniques à courtes chaînes alkyl. La présence d’une longue chaîne alkyl pour l’ensemble des fonctions chimiques et également la présence d’atome de type oxygène et azote abaisse le pKa de ces fonctions. De ce fait, il est seulement préférable de déduire approximativement les espèces majoritaires présentes en fonction du pH. Si le pH est supérieur à pKa1 c’est-à-dire à 4,5, les espèces majoritaires présentes dans la formulation de ce réactif sont les espèces basiques de type ((SH3)COO^- )aq et ((SH3)SO3^- )aq. Dans le cas où le pH est compris entre pKa1 et pKa2, c’est-à-dire entre -2,5 et 4,5, les fonctions carboxyliques, ont leur forme acide en espèce majoritaire ((SH3)COOH)aq, la fonction sulfonate a sa forme basique en espèce majoritaire, (SH3)SO3^- )aq. Enfin, pour des pH inférieurs à pKa2, l’ensemble des espèces majoritaires des deux types de fonctions est de forme acide soit ((SH3)COOH)aq et (SH3)SO3H)aq.

En ce qui concerne le mélange d’acide monoester phosphorique et diester phosphorique, les espèces basiques sont majoritaires quand le pH est supérieur à pKa et les espèces acides quand le pH est inférieur à pKa. Ne connaissant pas les formules exactes des molécules composant ce réactif, les pKa ne sont pas connus.

86 b) Les collecteurs non-solubles dans l’eau

Les collecteurs non-solubles dans l’eau sont de trois types, les acides alkyl hydroxamiques, le D2EHPA et l’acide alkyl phosphonique.

Le D2EHPA est un réactif anionique, essentiellement employé pour l’extraction liquide-liquide d’ions métalliques contenus en solution aqueuse : terres rares (Preston et al., 1996; Morais et al., 2004), l’uranium (Singh et al., 2004), vanadium, (Biswak and Mondal, 2002), manganèse (Biswak et al., 2005), cuivre, (Forrest and Hugues, 1978; Owuzu, 1998). Das et Naik, 2003, ont utilisé pour la première fois ce réactif afin de flotter les oxydes de fer tel que l’hématite. Il n’est généralement pas utilisé en flottation.

L’acide alkyl hydroxamique et le D2EHPA, peuvent se polymériser dans la phase organique pouvant empêcher une bonne adsorption de ces derniers sur la surface minérale par liaison hydrogène entre les têtes polaires (Ritcey et Ashbrook, 1984 ; Chowdhury, 2012).

Ce phénomène de polymérisation est pallié avec une grande concentration et disponibilité des sites sur la surface des minéraux à flotter et à séparer.

Dans la phase organique, les molécules des collecteurs anioniques restent sous la forme neutre. Au contact avec l’eau, si le pH est supérieur au pKa de dissociation de ces collecteurs, le réactif dans la phase organique pourra être sous forme anionique, basique, dans la phase organique (cf. Equations II-56) et sous forme acide, si le pH est inférieur au pKa.

Avec (R-AH)(org) : réactif en phase organique (B-OH)(aq) : base en phase aqueuse

(R-A^-)(org) : forme basique du réactif en phase organique (B⁺)(aq) : cation provenant de la base en phase aqueuse.

Le Tableau 2-13 reporte l’ensemble des constantes d’acidité de ces réactifs. La Figure 2-27 reporte les espèces majoritaires de ces réactifs en fonction du pH.

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Figure 2-25 – Différentes espèces de réactifs anioniques solubles dans l’eau en fonction du pH

Concernant le D2EHPA, l’ensemble des essais de flottation ont été réalisés à pH supérieur à 1,4. De ce fait, l’espèce majoritaire de ce réactif lors des essais de flottation est représentée par l’espèce basique de ce réactif (C8H17O)2POO^-.

Concernant les deux autres réactifs, suivant le pH, il est possible d’avoir l’espèce majoritaire de ces réactifs soit sous forme acide soit sous forme basique puisque le pKa de l’acide hydroxamique est égale à 9 (Buglyό et Pόtẚri, 2005) et celui de l’acide alkyl phosphonique à 3.

La flottation à l’aide de collecteurs insolubles dans l’eau est gouvernée par des phénomènes de mouillabilité et d’étalement ainsi que la formation d’aéroflocs ; complexes formés d’agrégats d’air, d’eau, de phase organique comprenant le collecteur et des particules minérales. Dans le cas d’essais de flottation à vue industrielle, il est préférable de réaliser le conditionnement du minerai avec un fort taux de solide afin d’assurer la dispersion et le mouillage des particules minérales par le collecteur en phase organique (Wang et al. 2006 ; Lu et al, 1997).