La sulfuration implique l’ajout d’un réactif sulfurant comme le sulfure de sodium , l’hydrogénosulfure de sodium , le sulfure d’ammonium etc. Pour le Katanga, c’est le Na HS qui est majoritairement utilisé comme agent sulfurant, et sa dissociation donne les espèces ioniques suivantes : H2S, HS-, et S2-
Les équations des réactions sont les suivantes : Na SH + H2O Na+ +H2S+OH-
Jean Marie KANDA
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présentes seront le HS- espèce plus réactive et le S2-, leur quantité dépendra de la dose du sulfurant introduite dans la pulpe, et des réactions secondaires pouvant consommer le sulfurant. La Figure II-4 indique les espèces chimiques dissociées.
Figure II- 4: Espèces chimiques dissociées du NaSH (Garrels et al ., 1958)
En dessous du pH 6, l’espèce dominante est la molécule de H2S, à pH 7, les espèces de soufre sont reparties de façon égale entre H2S et HS-. Enfin à pH supérieur à 11 l’espèce la plus répandue est S2-(Garrels et Naeser., 1958). Les espèces présentes en solution aqueuse dépendent du pH. L’addition du sulfurant fait augmenter la valeur du pH
La concentration en sulfurant diminue au fur et à mesure qu’il est introduit dans la pulpe car le sulfurant réagit au travers des réactions suivantes :
- La réaction principale est la formation d’une couche de sulfure,
- Les réactions auxiliaires sont l’oxydation des ions sulfures par l’oxygène de l’air et la formations des colloïdes de sulfure de cuivre qui seraient dus à la réaction entre les ions cu2+ libérés lors de la sulfuration et les ions HS- et S2-
Chander et Zhou, (1993), ont constaté la diffusion des ions cuivre au travers de la couche formée par les réactions auxiliaires. La Figure II-5 illustre les modèles des couches formées..
Les travaux de Bustamante et al (1975), Fuerstenau et al,(1985) et Leppinen et Mielczarski,(1986) renseignent que la sulfuration est liée à une réaction d’échange ionique.
Tandis que Wright et Prosper., (1965) ; Chander et Zhou ., (1993), proposent que la sulfuration se fait par précipitation des sulfures sur la surface des minéraux oxydés.
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Figure II- 5: Illustration des couches de sulfure (Zhou et Chander .,1993)
Le sulfurant ne confère pas une propriété hydrophobe à la surface du grain oxydé, mais c’est l’action du collecteur qui rend cette surface hydrophobe. Pour le cas du cuivre dans les gisements oxydés, c’est principalement la malachite sulfurée qui adsorbe le xanthate.
L’adsorption du collecteur est souvent dépendante de la concentration en collecteur mais aussi de l’état de surface. La réaction directe entre les ions sulfures et l’oxygène dissout est lente en l’absence du catalyseur. La surface des minéraux joue une action catalysante sur la réaction d’oxydation des espèces sulfurées en sulfates et thiosulfates (Crozier R.D., 1992 ; Bouchard S., 2001).
La consommation d’ions sulfures en excès sera dépendante de :
• la présence d’un minéral avec activité de catalyseur,
• la disponibilité de l’oxygène dissous,
• l’influence du pH (sulfuration en milieu neutre ou alcalin pour éviter toute décantation du sulfurant. A pH très élevé, il se forme du sulfure de cuivre colloïdal très néfaste à la flottation, s’ajoute également l’instabilité de la couche de sulfure de cuivre formée, diminuant ainsi l’efficacité de la sulfuration)
Diminuer l’excès des ions sulfures en jouant sur l’oxydation ne présente pas toujours des avantages, car on risque de consommer le maximum de sulfurant. Les espèces oxydées telle que le thiosulfate dépriment fortement la flottation de certains minéraux (destruction de la couche de sulfure formée pour le cas de la chrysocole), Il y a risque d’oxyder aussi le film de sulfure fraîchement formé (Castro et al ., 1974b ; 1985). Les équations [II.1] et. [II .2]
Proposées par Castro., (1974 a) indiquent les probables produits de la réaction de sulfuration.
CuCO3.Cu (OH)2 + HS- Cu S +Cu2+ + HCO3
+ 2 OH- . [II.1]
CuCO3.Cu (OH)2 + HS- Cu(OH)2. Cu S + CO3
+H2O .[II .2]
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La sulfuration produit un couche de sulfure qui selon le cas est de la covelline (Castro ., 1974a) et de la chalcosine pour (Nagaraj et Gorken .,1991).
Le pH intervient pour modifier la collection, non seulement par la compétition entre ions, mais également par son influence sur les propriétés de surface des minéraux. Le pH est donc le premier agent régulateur de la flottation. Par exemple, dans le cas de la flottation des minéraux sulfurés par des collecteurs anioniques, il y a adsorption des ions OH- sur les minéraux et quand la concentration en OH- devient trop élevé, l’effet hydrophile de ces ions l’emporte sur l’effet hydrophobe du collecteur avec lequel ils sont en compétition : la flottation dévient donc impossible au-delà d’un certain pH critique. Ainsi, la sulfuration s’effectuera mieux dans un milieu alcalin ou neutre afin de ne pas décomposer le réactif sulfurant (Castro et al., 1985 ; Malghan .,1986). Les milieux très alcalins (pH au delà de 11) favorisent la formation du sulfure de cuivre colloïdal néfaste à la flottation et rendent le film de sulfure très instable. Ce phénomène a pour conséquence la diminution de l’efficacité de la sulfuration. C’est pour cette raison que le sulfure de sodium n’est pas très utilisé comme agent de sulfuration car il rend la pulpe très alcaline.
Pour une meilleure sulfuration des minerais oxydés, l’alcalinité optimale correspond à un pH d’environ 8,5 -9,5. Il faudra noter également que le sulfure de cuivre formé par sulfuration superficielle des minéraux oxydés est moins stable qu’un sulfure de cuivre naturel. En effet, la couche mince de sulfure peut être soit détruite mécaniquement, soit oxydée en d’autres ions contenant le soufre tels que SO2-4 SO32−,S2O62−... rendant ainsi la sulfuration et la flottation inefficaces.