Variables de procédé

Présentement, les variables de procédé commandées en temps réel dans les colonnes de flottation industrielles sont habituellement la profondeur d'écume, le débit de gaz et le débit d'eau de lavage. D'autres variables qui pourraient être commandées sont le taux de rétention de gaz, le biais, la taille des bulles et le taux surfacique des bulles. Bien qu'elles ne soient généralement pas mesurées en usine, ce sont des variables hydrodynamiques très importantes pour améliorer le fonctionnement du procédé (Sbarbaro et del Villar, 2010). 2.3.2.1 Profondeur d'écume

La profondeur d'écume (froth depth) Hf est définie comme la distance entre la lèvre de débordement de la colonne et l'interface qui se trouve entre la zone d'écume et la zone de collecte. La profondeur d'écume détermine donc la dimension des zones d'écume et de collecte. Comme telle, elle influence le temps de séjour de la pulpe dans la zone de collecte. En industrie, la profondeur d'écume est habituellement mesurée à l'aide d'un flotteur couplé à un capteur ultrasonique, ou grâce à des capteurs de pression (idéalement trois). Ces deux méthodes traditionnelles ont des limitations de performance provenant des variations dans la densité de la pulpe ou du taux de rétention de gaz (Maldonado et al. 2008a).

La plage d'opération de la profondeur d'écume peut varier entre 20 et 150 cm. Elle dépend principalement de la hauteur de la colonne, du type de minerai à flotter, de la taille des particules et de l'étape de conditionnement. Une faible profondeur d'écume permet une plus grande récupération tandis qu'une grande profondeur la diminuera. Pour la teneur au concentré, les résultats sont inversés, une plus grande profondeur d'écume permet une meilleure sélectivité minéral-gangue.

2.3.2.2 Taux de rétention de gaz

e, - i (2.5)

où v4 est le volume des bulles et v. est le volume total de la section de colonne considérée.

Ce taux est principalement fonction de la valeur du débit de gaz, mais dépend aussi de la concentration de moussant dans la pulpe, de la taille des bulles et du pourcentage de solide de la pulpe.

De plus, le taux de rétention de gaz varie tout le long de la zone de collecte de la colonne. Cette variation est due à la pression hydrostatique de la pulpe sur l'air : les bulles de la partie inférieure de la colonne sont plus petites que celles de la partie supérieure. Pour cette raison, une mesure de £g près du rejet est différente d'une mesure près de l'alimentation ou

une mesure près de l'interface.

La plage d'opération habituelle de £g est de 5 à 25 %. Pour des valeurs plus petites, il n'y a

pas assez de bulles pour collecter des particules et l'écume devient trop faible et pauvre en particules minérales, ce qui peut causer son affaissement. Pour des valeurs plus grandes, il faudrait ajouter beaucoup plus de gaz ce qui génère de trop grandes bulles. Ceci cause de la turbulence et diminue l'utilisation efficace de l'air (moins de surface spécifique de bulles). La turbulence nuit à la stabilité du procédé et fait chuter la valeur de la teneur au concentré. Même si le taux de rétention de gaz est une variable intimement liée à la performance du procédé, il n'est habituellement pas mesuré en ligne dans les colonnes industrielles. La technique la plus courante pour l'estimer consiste à utiliser deux capteurs de pression séparés par une distance connue, tout en connaissant la densité de la pulpe non aérée. D est alors possible de relier le différentiel de pression NP à £ . Des travaux de recherche à l'université McGill ont abouti à la conception d'un capteur de £g basé sur des mesures de

conductivité de la pulpe aérée et non-aérée. Cet instrument a été utilisé lors de cette étude et sera détaillé plus tard à la section 3.4.2.

2.3.2.3 Biais

Le différentiel d'eau Jb ou biais (bias) est défini comme le flux net d'eau traversant l'interface exprimé comme vitesse superficielle (débit volumique divisé par l'aire de la

section transversale de la colonne). Le biais est calculé par bilan statique d'eau, dans la partie supérieure de la colonne, en prenant la différence entre la vitesse superficielle de l'eau de lavage et de l'eau du concentré

Jb=J^-J„c (2.6)

ou dans la partie inférieure de la colonne, par la différence entre la vitesse superficiel de l'eau de rejet et de l'eau de l'alimentation

Jb= J » r - JWa (2-7).

Cependant, cette façon de calculer le biais n'est pas utilisée en industrie puisqu'elle n'est valide qu'en régime statique et ce, même avec les capteurs pour mesurer de façon adéquate les débits (débitmètres magnétiques et densimètres de rayons y). La faible valeur du biais par rapport aux débits utilisés dans son calcul et l'incertitude des instruments de mesure fait que la mesure est sujette à une importante erreur de propagation. Une technique basée sur la mesure des conductivités des débits de la colonne est présentée à la section 3.4.4.

Le maintien d'un biais légèrement positif a pour objectif : la stabilisation de l'écume et le nettoyage de celle-ci. La stabilisation de l'écume vise à préserver une écume forte et minéralisée. Le nettoyage de l'écume refoule de particules de gangue libérées vers la zone de collecte.

Le biais est positif lorsqu'une partie de l'eau de lavage traverse l'écume et arrive à la zone de collecte. Si toute l'eau de lavage et un peu de la pulpe se dirigent vers le concentré, le biais est alors négatif. Afin d'assurer le nettoyage de l'écume, il faut que le biais soit positif.

Le biais a une relation directe avec le débit d'eau de lavage et inverse avec le débit d'air. Ce dernier crée une résistance à la descente de l'eau de lavage, et à l'extrême, il peut la refouler vers le concentré. La plage d'opération du biais se limite à des valeurs légèrement supérieures à zéro et inférieures à 0.2 cm/s.

2.3.2.4 Fraction d'eau de lavage sous l'interface

La fraction volumique d'eau de lavage sous l'interface £w est le pourcentage d'eau de

d'estimer le biais. Maldonado et al. (2008b) ont démontré que le biais et la fraction d'eau de lavage sous l'interface ont une relation linéaire et directe.

L'avantage de l'utilisation de la fraction d'eau par rapport au biais est que sa valeur est plus grande lorsqu'elle est exprimée en pourcentage et ne requiert pas de mesures additionnelles pour calibrage comme dans le cas du biais. Sa plage d'opération est comprise entre 0 et 50 %. Cependant, de la même façon que pour le biais, pour assurer le nettoyage de l'écume, il faut limiter la valeur minimale de la fraction d'eau de lavage sous l'interface à une valeur plus grande que zéro.

2.3.2.5 Taille des bulles

La taille des bulles réfère à l'estimation du diamètre des bulles. Elle peut être définie par le diamètre arithmétique moyen des bulles

iv

d

M (2-8)

ou, plus couramment, par le diamètre surfacique moyen de Sauter (Sauter, 1926), selon :

JV

. 3

^ 3 2 =l = l _ Jf — (2-9)

M

où N est le nombre de bulles comptées et dt est le diamètre de la /-ème bulle observée. i=i

N

5>?

Le «iio et le c/32 combinés donnent une information plus précise sur la distribution de la taille des bulles, mais le c/32 est plus utilisé grâce à sa sensibilité face à des variations de la densité des bulles (Nesset et al., 2005). Ces variables sont fonction, entre autres, du débit de gaz, et de la quantité d'agent moussant, ainsi que du débit d'eau de cisaillement, de la grandeur de la brèche et de la surface poreuse du barboteur.

2.3.2.6 Taux surfacique des bulles

Le taux surfacique des bulles Sb est le rapport entre la superficie des bulles par unité de

*. Hr (210)

où 5i, est la surface des bulles générées par unité de temps, qui est définie par :

m

Si.=Z".4 (2.11)

1=1

où H, est le nombre de bulles de taille z générées par unité de temps et Abi est la surface de la bulle i.

Le taux surfacique des bulles influence les performances métallurgiques de récupération et la teneur au concentré. Il dépend fortement de la taille et de la quantité des bulles. Ces deux dernières variables sont fonction principalement du débit de gaz, du débit d'eau de cisaillement du barboteur et de l'étape de conditionnement.

2.4 Conclusion

Ce chapitre a décrit brièvement la structure physique d'une colonne de flottation ainsi que son mode de fonctionnement. Il a aussi introduit une classification des variables qui interviennent dans le procédé. Par la suite, les interactions existantes entre celles-ci ont été discutées. Finalement, les variables manipulées et les variables de procédé ont été définies.