Dépression d'hématite verte pour la séparation par flottation sélective inverse du quartz par la gomme de caroube

Rapports scientifiques volume 13, Numéro d'article : 8980 (2023) Citer cet article

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La flottation cationique inverse est actuellement la principale technique de traitement pour la valorisation de l'hématite fine à partir de silicates. La flottation est connue comme une méthode efficace d'enrichissement minéral qui traite les produits chimiques potentiellement dangereux. Ainsi, l'utilisation de réactifs de flottation respectueux de l'environnement pour un tel procédé est un besoin émergent du développement durable et de la transition verte. En tant qu'approche innovante, cette enquête a exploré le potentiel de la gomme de caroube (LBG) en tant que dépresseur biodégradable pour la séparation sélective de l'hématite fine du quartz par flottation cationique inverse. Différentes conditions de flottation (micro et batch flottation) ont été conduites, et les mécanismes d'adsorption du LBG ont été examinés par différentes analyses (mesure de l'angle de contact, adsorption de surface, mesures du potentiel zêta et analyse FT-IR). Le résultat de la microflottation a indiqué que le LBG pouvait déprimer sélectivement les particules d'hématite avec un effet négligeable sur la flottabilité du quartz. La flottation de minéraux mixtes (mélange d'hématite et de quartz dans divers rapports) a indiqué que le LGB pouvait améliorer l'efficacité de la séparation (récupération d'hématite > 88 %). Les résultats de la mouillabilité de surface ont indiqué que même en présence du collecteur (dodécylamine), le LBG a diminué le travail d'adhérence de l'hématite et a eu un léger effet sur le quartz. Le LBG adsorbé sélectivement par liaison hydrogène sur la surface de l'hématite sur la base de diverses analyses de surface.

En raison des importantes demandes de fer et d'acier dans diverses industries, les minerais d'oxyde de fer finement disséminés à faible teneur et à minéralogie complexe ont été considérés comme des ressources en fer et traités avec différentes techniques de valorisation1. Il a été bien documenté que la séparation par flottation inverse (cationique/anionique) est la pratique de traitement la plus complète pour enrichir les minerais d'hématite à faible teneur, dans laquelle les libérations de minéraux se produisent en fractions fines2,3. Les silicates, les phases de gangue les plus typiques, flotteraient par des collecteurs cationiques/anioniques, et l'hématite devrait être déprimée par des dépresseurs4,5,6. Cependant, un volume massif de matériaux doit être introduit dans les circuits de flottation pour valoriser l'hématite de ces minerais à faible teneur, qui nécessitent une quantité importante de réactifs. Ces faits émergent de l'utilisation de produits chimiques de flottation sélectifs et respectueux de l'environnement tout au long du processus, améliorant l'efficacité du processus et réduisant les problèmes environnementaux potentiels7,8. Ainsi, plusieurs enquêtes ont été menées pour explorer une approche verte pour la valorisation des minerais d'hématite à faible teneur en considérant des dépresseurs biodégradables respectueux de l'environnement1,9,10,11,12,13,14,15,16,17.

Différents dépresseurs tels que l'amidon18,19,20,21, la dextrine9,10,17, la carboxyméthylcellulose12,13, les acides humiques14,15 et le tanin16 ont été examinés avec succès à cette fin. Ces études ont indiqué que le développement de dépresseurs respectueux de l'environnement pour la séparation par flottation inverse de l'hématite faciliterait la transition verte vers un développement durable et une production plus propre. Ainsi, il est essentiel d'examiner divers dépresseurs biodégradables, tels que les polysaccharides à base, les polyphénols et les lignosulfonates, pour la dépression de l'hématite et d'explorer leurs mécanismes d'adsorption par séparation sélective.

La gomme de caroube (LBG) est un hydrocolloïde extrait de l'arbre Ceratonia siliqua, également connu sous le nom de caroube, et est largement utilisé dans l'industrie alimentaire22. Le LBG est un polysaccharide de galactomannane de poids moléculaire élevé et possède des structures monomères similaires à celles de la gomme de guar et de la gomme de tara23. Le LBG a été utilisé avec succès comme dépresseur pour la séparation par flottation de la chalcopyrite de divers minéraux (tableau 1). Il a été rapporté que le LBG pouvait être sélectivement déprimé par les minéraux sulfurés (sphalérite, pyrite et galène) et le talc. Le LBG désactive la surface du talc par adsorption physique, principalement entraînée par la liaison hydrogène. Cela étirerait le plan de cisaillement de la double couche électrique à la surface des particules de talc et réduirait leur amplitude de charge électrique24. En revanche, il a montré une adsorption chimique sur la surface de la sphalérite via une interaction avec les produits d'oxydation25. Il a également été documenté que le LBG présentait une physisorption sur la surface de la pyrite et de la galène, alors que cette adsorption était plus faible sur les particules de chalcopyrite23,26. Étonnamment, l'application de LBG comme dépresseur sélectif pour la séparation par flottation de l'hématite-quartz n'a pas été rapportée.

Par conséquent, en tant que nouvelle approche, cette étude va examiner les propriétés de dépression LBG pour la séparation par flottation de l'hématite du quartz lors de la flottation cationique inverse (par la dodécylamine (DDA) comme collecteur). Des expériences de micro-flottation sur un seul minéral ont été initialement réalisées pour révéler les effets du LBG sur la dépression de l'hématite. Divers mélanges synthétiques d'hématite et de quartz ont été utilisés plus avant pour explorer la sélectivité du procédé. La mouillabilité des minéraux a été explorée en l'absence et en présence de LBG et évaluée par des mesures d'angle de contact à diverses concentrations de collecteur. La caractérisation de surface a été réalisée pour identifier le mécanisme d'adsorption de LBG sur les deux surfaces du matériau.

Des minerais d'hématite et de quartz ont été collectés dans diverses exploitations minières des provinces de Kerman et de Bandarabas, respectivement. Un concasseur à mâchoires et un broyeur à sec ont été utilisés pour broyer les échantillons en vrac. Les particules fines ont été tamisées et la distribution granulométrique de - 75 + 38 μm a été appliquée pour la micro-flottation. Les d80 de l'hématite et du quartz étaient respectivement de 58 et 62 m\(\upmu\). L'échantillon d'hématite n'était pas complètement pur et enrichi d'une séparation magnétique, suivie d'une table Mozley pour améliorer la teneur en fer et éliminer les impuretés. Les échantillons ont été caractérisés et analysés par diffraction des rayons X (XRD) à l'aide d'un D8 Advance AXS Bruker et par fluorescence des rayons X (XRF) à l'aide d'un Perkin Elmer Optima 4300 XRF. Les spectres XRD des échantillons d'hématite et de quartz (Fig. 1) ont confirmé la pureté des minéraux. L'analyse XRF a vérifié la pureté relativement élevée des échantillons, la teneur en fer de l'échantillon d'hématite est de 95,5 % et la teneur en silice de l'échantillon de quartz est de 97,75 % (tableau 2).

Analyses XRD des échantillons d'hématite et de quartz.

Le LBG (poids moléculaire 226,66 g / mol, qualité Aldrich, <20 mm) en tant que dépresseur d'hématite a été acheté auprès de Pishgaman Company à Téhéran, Iran. Le LBG était disponible sous forme de poudre blanche solide à température ambiante (Fig. 2). Le LBG étant un type de polysaccharide, il ne se dissout pas bien dans l'eau à 20–30 °C. Par conséquent, il nécessite une préparation préalable23,25,26,27. Pour la préparation, la poudre de LBG a été mélangée avec de l'hydroxyde de sodium et de l'eau distillée dans une fiole conique de 250 mL et placée dans une plaque chauffante, en agitant continuellement à l'aide d'un agitateur magnétique jusqu'à l'obtention d'un liquide opaque homogène.

Formule développée de la gomme de caroube22.

La dodécylamine CH3(CH2)11NH2 a été considérée comme le collecteur. Comme les amines à longue chaîne ne sont que peu solubles dans l'eau, elles ont été dissoutes à l'aide d'acide chlorhydrique29. Il convient de noter que HCl (acide chlorhydrique) a été utilisé pour préparer le collecteur et le modificateur de pH, et NaOH est également utilisé comme régulateur de pH. Toutes les solutions ont été préparées avec des concentrations spécifiées en utilisant de l'eau distillée.

Les tests de micro-flottation pour les minéraux purs simples ont été effectués dans un tube Hallimond de 80 mL. La vitesse fixe de l'agitateur mécanique et le taux d'aération étaient respectivement de 650 tr/min et 100 mL/min. Dans toutes les expériences, 1,0 g de minéraux purs et environ 75 ml d'eau distillée ont été mélangés dans le tube et ont été conditionnés pendant 1 min sous agitation constante. Le pH de la solution a été fixé à 10. Après cela, un dépresseur (pendant 3 min) et une solution de collecteur (pendant 1 min) ont été ajoutés, respectivement. Enfin, une flottation a été effectuée pendant 1 min. Le niveau de pH a été surveillé tout au long du processus de conditionnement. Le produit de flottation a été séché dans un four à 50°C et pesé avec précision avant une caractérisation plus poussée. Chaque condition à travers des tests de micro-flottation a été répétée cinq fois pour assurer la reproductibilité des résultats.

Le test de mélange minéral a été réalisé dans le rapport massique de 75:25 "hématite : quartz". Le test de flottation par lots a été réalisé en utilisant une cellule de flottation de laboratoire Denver D12 de 1 L. Le pourcentage de solides et la vitesse d'agitation ont été fixés à 30 % et 1100 tr/min, respectivement. Le débit d'air était de 5 L/min. Les concentrations de collecteur et de dépresseur ont été utilisées à 150 et 300 g/t, respectivement. Les mêmes temps de conditionnement et d'ajout de réactifs que les tests de micro-flottation ont été considérés, tandis que le temps de flottation était de 2 min. Les produits de mousse et les queues ont été séchés dans un four à 50 ° C et pesés avec précision avant une caractérisation plus poussée. La récupération a été calculée sur la base du poids sec (Eq. 1) et des analyses chimiques. Les expériences ont été réalisées en double, avec les valeurs moyennes rapportées. De plus, un minerai réel (Fe total 46,67 %, SiO2 13,7 %, P 1,7 %) a été fourni, broyé à sec, et des expériences similaires ont été menées pour évaluer la capacité de dépression de la gomme de caroube.

où f, t et c, sont la qualité de Fe sur l'alimentation, la queue et le concentré.

Des mesures d'angle de contact ont été effectuées pour caractériser la mouillabilité de surface des minéraux en l'absence et en présence de réactifs. La méthode de la goutte sessile (SDM) a été utilisée pour déterminer l'angle de contact à l'aide du goniomètre DSA25 (fourni par Kruss, Allemagne). La surface de la plaque de minéraux a été pré-conditionnée avec des réactifs de flottation. Par la suite, à l'aide d'une seringue en verre et d'une aiguille de diamètres 0,510 et 0,487 mm, une gouttelette d'eau a été délicatement déposée sur la surface du minéral pour déterminer l'angle de contact. Toutes les mesures ont été prises à température ambiante. Le logiciel Kruss mesure automatiquement les points de contact triphasés du système entre la ligne de base et la forme de bulle ajustée pour fournir une mesure précise de l'angle de contact. Parce qu'ils peuvent s'adapter aux limites des bulles et à la ligne de base, les modèles d'ajustement de Young-Laplace, d'ellipse et de cercle ont été utilisés. . Il était généralement connu que Young-Laplace est le modèle le plus fiable pour mesurer des angles minuscules, tandis que l'ajustement d'ellipse est plus précis pour calculer un angle de contact plus grand, dépassant souvent 40 °. Les angles de contact de l'hématite et du quartz ont été mesurés avec et sans LBG (300 mg/L). Utilisation de diverses concentrations de DDA (0, 5, 30, 50 et 75 mg/L). Les valeurs de travail des coefficients d'adhérence et d'étalement ont été calculées sur la base des équations. (2) et (3) en utilisant les moyennes des angles de contact mesurés et leurs écarts-types pour chaque condition expérimentale.

où Wa, S, θ et γLV représentent le travail d'adhérence (erg/cm2), le coefficient d'étalement (erg/cm2), l'angle de contact (°) et la tension superficielle de l'eau (mN/m) dans l'ordre.

La technique d'appauvrissement en solution a été utilisée pour les études d'adsorption. Dans cette procédure, 1,0 g de chaque minéral pur a été ajouté à une solution de 40 ml contenant une certaine concentration de LBG, et le pH a ensuite été ajusté au niveau souhaité. Pendant 2 h à température ambiante, les flacons ont été agités à 220 rpm. Les flacons ont été laissés au repos (immobilisés, non agités) pendant 1 h pour permettre aux solides en suspension de se déposer naturellement. Une pipette de 25 ml a été utilisée pour éliminer le surnageant, qui a ensuite été centrifugé pendant 15 min à 6 000 tr/min dans une centrifugeuse à l'échelle du laboratoire. Le spectrophotomètre Helios Alpha UV-Vis de Thermo gamma metric a ensuite été utilisé pour mesurer la teneur en LBG restante à une longueur d'onde de 279 nm. La différence entre les concentrations d'origine et résiduelle a été utilisée pour calculer l'adsorption de LBG sur les surfaces minérales (équation 4).

où C1 et C2 représentent respectivement les concentrations initiale et finale de LBG (mg/L). qe est la capacité d'adsorption à l'équilibre de l'adsorbant (mg/g), V est le volume de la solution (L) et m est le poids des minéraux (g). Les isothermes d'adsorption de Freundlich et Langmuir ont été appliquées pour comprendre les mécanismes d'adsorption de LBG à la surface du minéral (Eqs. 5 et 6, respectivement). Les facteurs n et KF pour l'isotherme d'adsorption de Freundlich et les facteurs qm et KL pour l'isotherme d'adsorption de Langmuir ont été déterminés, respectivement.

Le potentiel zêta à la surface du minéral a été mesuré à l'aide d'un Zetasizer Nano ZS. Les mesures du potentiel zêta ont été effectuées à des valeurs de pH de 2, 4, 7, 9, 10 et 11 en présence de 300 mg/L de LBG et son absence. 1 g d'échantillon minéral a été ajouté à une solution préconditionnée de 100 mL. Une agitation magnétique a été utilisée pour conditionner la suspension. Le niveau de pH a été surveillé et maintenu pendant le conditionnement. Une électrode de pH-mètre numérique a été positionnée dans la solution pendant le conditionnement, et le niveau de pH a été contrôlé en continu. La suspension a été laissée au repos pendant 5 min pour décanter les particules. Un échantillon de surnageant de 3 ml a été prélevé et utilisé pour déterminer le potentiel zêta. Les résultats de tous les tests, qui ont tous été effectués à température ambiante, étaient la moyenne de trois mesures distinctes.

La spectrométrie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) a été appliquée pour découvrir les structures moléculaires et les groupes fonctionnels à la surface de minéraux simples purs avant et après conditionnement avec LBG. Afin de conditionner les échantillons, 1,0 g de chaque échantillon pur a été ajouté à une solution aqueuse contenant 300 mg/L de LBG, puis les échantillons ont été conditionnés pendant 6 h (pH 10). Les particules ont été filtrées et séchées pendant 24 h à température ambiante. 1% poids de KBr (bromure de potassium) a été ajouté à l'échantillon minéral. Les spectres de minéraux purs (non traités) ont également été analysés pour faire une comparaison.

La séparation par flottation inverse de l'hématite du quartz est communément connue pour avoir lieu à pH 1030. Les résultats des tests de micro-flottation (Fig. 3) à une concentration de DDA de 30 mg/L ont montré que la récupération du quartz et de l'hématite était de 94 et 75 %, respectivement. . La récupération du quartz et de l'hématite n'a pas changé de manière significative jusqu'à ce que la concentration de DDA atteigne 75 mg/L. Les résultats de la micro-flottation ont révélé que sans l'ajout de LBG, de quartz et d'hématite, les deux flotteraient même à la faible concentration de DDA (Fig. 3). Cependant, en ajoutant et en augmentant la concentration de LBG, la flottabilité de l'hématite a été considérablement réduite (Fig. 4). Alors que la flottabilité et la récupération du quartz ont montré une diminution négligeable (Fig. 4). La dose de LBG a été fixée à 300 mg/L puisque la dépression d'hématite ne s'est pas nettement améliorée au-delà.

Effet du DDA sur la flottabilité de l'hématite pure et du quartz en l'absence de dépresseur à pH = 10.

Effet du LBG sur la flottabilité de l'hématite pure et du quartz (en présence de collecteur ; 30 mg/L de DDA) à pH = 10.

Un essai de flottation par lots avec un rapport massique de 75:25 "hématite: quartz" a été réalisé (Fig. 5). Les résultats de la flottation par lots ont mis en évidence que la teneur en Fe, la récupération de Fe et la récupération de Si dans le concentré étaient de 56,6, 88,1 et 37,5 %, respectivement. Ces résultats concordaient généralement avec les enquêtes précédentes, indiquant qu'une teneur et une récupération raisonnables pouvaient être obtenues avec une flottation en une seule étape1,14,16. Ces résultats ont montré que le LBG pouvait déprimer sélectivement l'hématite et améliorer l'efficacité de la flottation. Des expériences sur des échantillons de minerai réels ont indiqué que la récupération de Fe à travers l'étape plus grossière et plus propre serait de 85,41 %.

Teneur en fer, récupération de fer et récupération de Si du concentré de fer obtenu à partir de la flottation de mélanges d'hématite et de quartz (en présence de 150 g/t de DDA, 300 g/t de LBG et d'un pH de 10).

La mouillabilité de surface du quartz et de l'hématite a été étudiée en mesurant leur travail d'adhérence en fonction de l'angle de contact en présence et en l'absence de LBG et en fonction de la concentration de DDA. Les résultats (Fig. 6a – d) ont montré que l'augmentation de la concentration du collecteur réduisait le travail d'adhérence pour les deux minéraux, indiquant que le DDA diminuait leur énergie de surface. D'autres études ont également rapporté des résultats similaires où les valeurs de Wa pour les solutions aqueuses diminuaient à mesure que la concentration de collecteurs cationiques augmentait31.

Paramètres de mouillabilité du quartz pur et de l'hématite en présence ou en l'absence de 300 mg/L de LBG à pH = 10 en fonction de la concentration en DDA.

Les résultats de la mouillabilité étaient cohérents avec les résultats de la micro-flottation, qui ont démontré que l'augmentation de la concentration du collecteur améliorait la flottabilité des minéraux de quartz et d'hématite (Fig. 3). Lélis et al. (2019 et 2022) ont montré que l'énergie de surface du quartz devenait nettement inférieure à celle de l'hématite en augmentant les concentrations de collecteurs cationiques32,33. Ces données illustraient que le quartz traité au LBG était plus hydrophobe. Les produits de coefficient d'étalement, qui montrent comment un liquide s'étale sur une phase solide, ont montré un schéma comparable pour les minéraux de quartz et d'hématite. Une valeur élevée du coefficient d'étalement négatif est préférée pour la séparation par flottation34. Il a été indiqué que l'hydrophobicité du quartz était considérablement supérieure à celle de l'hématite traitée au LBG, ce qui a confirmé les résultats du test de micro-flottation. Les phénomènes observés dans l'étude, où le minéral de quartz présentait une hydrophobicité plus élevée que le minéral d'hématite traité au LBG, peuvent être attribués aux ions DDA ayant une plus grande attraction électrostatique à la surface du quartz que la surface de l'hématite traitée au LBG. Cette attraction électrostatique peut avoir été encore renforcée par la formation de liaisons hydrogène entre les ions DDA et les groupes silanol sur la surface du quartz32,35,36,37. Les résultats de mouillabilité de surface (Fig. 6a) ont également indiqué que l'hématite traitée au LBG avait un travail d'adhérence plus élevé que les échantillons d'hématite non traités. Cette forte adhérence pourrait être corrélée à une plus grande affinité de l'hématite traitée au LBG pour l'eau. En d'autres termes, même en présence de DDA, le LBG a significativement abaissé la surface de l'hématite par rapport au quartz. En présence du collecteur, le coefficient d'étalement de l'hématite traitée au LBG a en outre démontré que sa surface était devenue complètement humide. D'autre part, le quartz a présenté une réponse différente (Fig. 6d), avec des niveaux inférieurs de son travail d'étalement et d'adhérence en présence de LBG par rapport à l'hématite. Il a été constaté que l'ajout de LBG ne modifiait que légèrement la mouillabilité du quartz en présence de DDA. Ces résultats corroborent les découvertes de la micro-flottation, qui ont montré que le quartz présentait une flottabilité élevée même en présence de LBG (Fig. 4).

Sur la base de l'évaluation de l'adsorption de LBG sur les surfaces de quartz et d'hématite, il a été constaté que l'augmentation de la concentration de LBG entraînait une augmentation de la quantité de LBG adsorbée sur les deux surfaces minérales (comme illustré à la Fig. 7). Cependant, la quantité de LBG adsorbée à la surface de l'hématite était beaucoup plus élevée que celle à la surface du quartz, même sur une large gamme de concentrations de LBG. Plus précisément, lorsque la concentration de LBG a atteint 150 mg/L, la quantité d'adsorption de LBG sur la surface de l'hématite était de 2,3 mg/g, tandis que sur la surface du quartz, elle n'était que de 0,57 mg/g à la même concentration. Cela indique que le LBG a une interaction d'adsorption plus forte avec la surface de l'hématite qu'avec le quartz.

Quantité d'adsorption de LBG sur l'hématite et le quartz en fonction de la concentration de LBG à pH = 10 (taille des particules : + 38–75 μm).

De plus, les données d'équilibre d'adsorption ont été analysées à l'aide des équations isothermes de Freundlich et Langmuir, et les résultats (comme indiqué dans le tableau 3) ont indiqué que le modèle isotherme de Langmuir était un ajustement plus approprié pour déclarer l'adsorption de LBG sur les surfaces minérales en raison de sa corrélation plus élevée. coefficients. De plus, les valeurs qm de l'hématite et du quartz se sont avérées être respectivement de 3,90 et 0,86, ce qui suggère que l'interaction du LBG avec l'hématite est significativement plus forte que celle avec le quartz.

Les mesures du potentiel zêta (Fig. 8) ont indiqué que le quartz nu et l'IEP (point isoélectrique) de l'hématite se produisaient à pH 2 et environ 4,2, respectivement. Des valeurs similaires ont été rapportées dans diverses enquêtes16,38,39,40,41. Les potentiels zêta à la surface de l'hématite et du quartz sont restés pratiquement plus négatifs à mesure que les valeurs de pH augmentaient et étaient négatifs sur la plage de pH de flottation. Cependant, lorsque LBG a été ajouté (300 mg/L), les potentiels zêta des deux minéraux traités ont été augmentés par rapport à leurs minéraux non traités. La variation sur la surface de l'hématite en présence de LBG était plus élevée que dans le quartz, indiquant que le LBG était plus adsorbé sur la surface de l'hématite. Ces résultats sont compatibles avec les résultats des analyses de mouillabilité et d'adsorption. Cependant, l'ampleur de la charge de surface pour les deux minéraux n'a pas été affectée. Ce phénomène pourrait être dû aux propriétés polymériques non ioniques du LBG, un polysaccharide avec de nombreux groupes hydroxyle aux caractéristiques polymériques non ioniques42. Les variations observées ont été causées par le mouvement des plaques de glissement des doubles couches électriques aux interfaces minérales affectées par le LBG adsorbé sur les surfaces des deux minéraux24,43.

Potentiels zêta de l'hématite et du quartz à différentes valeurs de pH en présence de 300 mg/L de LBG.

Selon les analyses FT-IR (comme le montre la Fig. 9), le spectre de LBG affichait une large bande à 3425,41 cm-1, qui est associée à la vibration d'étirement des groupes -OH. La vibration d'étirement C–H des groupes alkyle –CH et –CH2 a été observée à 2927,41 cm−1, et la vibration d'étirement C–O–H était présente à 1022,08 cm−1 44,45. Les structures chimiques du LBG contiennent des groupes fonctionnels contenant de l'oxygène, tels que le carboxyle et l'hydroxyle, qui provoquent l'interaction du LBG avec les surfaces des minéraux métalliques. Comme on le voit sur la (Fig. 9a), les bandes caractéristiques de l'hématite sont apparues à 476,33 cm−1, 551,54 cm−1 et 1087,45 cm−1, qui étaient liées à la vibration Fe–O (Métal-O) et à l'étirement –OH vibrations46. Lorsque la surface d'hématite traitée au LBG a montré (Fig. 9a), de nouveaux pics sont apparus à 3426,88 et 2366,22 cm-1, liés à la vibration d'étirement des groupes hydroxyle -OH et aux vibrations d'étirement du -CH2 du spectre LBG, respectivement. Ces résultats suggèrent que les molécules de LBG ont été efficacement adsorbées sur la surface de l'hématite. La présence de nombreux groupes hydroxyle dans la structure de LBG peut avoir facilité la liaison hydrogène, rendant possible l'adsorption entre LGB et la surface de l'hématite. D'autre part, des bandes caractéristiques pour les particules de quartz ont été observées à 1083,79 cm-1, 798,38 cm-1 et 462,83 cm-1 (groupes silanol et bandes -OH) (Fig. 9b). Lorsque le quartz a été traité avec LBG, aucun nouveau pic caractéristique n'est apparu dans le spectre quartz + LBG (Fig. 9b). Ces spectres et la mesure du potentiel zêta ont démontré que le LBG interagit faiblement avec la surface du quartz. Ainsi, le LBG peut être utilisé comme dépresseur sélectif de l'hématite dans la séparation par flottation du quartz.

Spectres FT-IR de (a) Hématite et (b) Quartz traités avec 300 mg/L de LBG.

Selon les résultats, le LBG a le potentiel d'agir comme un dépresseur efficace de l'hématite dans la flottation cationique inverse. Les résultats obtenus à partir des tests de micro-flottation ont indiqué que le LBG pouvait diminuer significativement la flottabilité de l'hématite tout en ayant un impact négligeable sur la récupération du quartz. Les analyses de caractérisation de surface ont montré que l'hydrophobicité du quartz était considérablement plus élevée que celle de l'hématite lorsqu'il était traité avec du LBG, ce qui corroborait les résultats des expériences de micro-flottation (Fig. 3).

Sur la base des données de mouillabilité (Fig. 6), l'énergie de surface du quartz est bien inférieure à celle de l'hématite. L'hématite est exposée à Fe3+ et O2− à sa surface, tandis que le quartz contient Si4+ et O2−. Une forte proportion de cations Si4+ et une faible proportion de cations métalliques à la surface du quartz ont augmenté l'adsorption des espèces amines et, par conséquent, amélioré la flottabilité47. En revanche, les sites métalliques sur les surfaces minérales jouent un rôle important dans l'adsorption des dépresseurs. Le résultat a montré que la quantité de LBG adsorbée à la surface de l'hématite était significativement supérieure à celle à la surface du quartz. Sur la base de la mesure du potentiel zêta (Fig. 8), le LBG a moins d'interactions avec la surface du quartz. Lorsque LBG s'ajoute au processus, le potentiel zêta de l'hématite devient moins positif, augmentant la différence de potentiel entre l'hématite et le quartz et améliorant la séparation. Cependant, en raison de la basicité défavorable et de l'IEP constant du quartz à un pH de 2, le LBG n'interagit généralement pas avec le quartz (Fig. 8). A l'inverse, l'hématite interagit plus fortement avec les fortes densités d'adsorption de polysaccharides car elle a un IEP de 4,2 pH, selon les tests de potentiel zêta. Ainsi, l'adsorption du LBG sur la surface de l'hématite est attribuée à l'interaction entre les ions métalliques sur la surface de l'hématite et les groupes fonctionnels anioniques du LBG.

Ces résultats sont étayés par l'analyse FTIR (Fig. 9). La structure chimique de LBG comprend des groupes fonctionnels contenant de l'oxygène, carboxyle et hydroxyle, qui ont été détectés dans les spectres FTIR. Dans un environnement alcalin, de nombreux groupes carboxyle libres étaient présents dans la solution de LBG, qui a un puissant effet complexant avec les ions métalliques multivalents46. Ainsi, le LBG avait une plus grande affinité pour la surface de l'hématite que le quartz. L'adsorption entre le LBG et la surface de l'hématite a été attribuée à la liaison hydrogène, impliquant spécifiquement la vibration Fe – O (métal-O) et la vibration d'étirement –OH. L'interaction entre les polysaccharides et l'hématite a été caractérisée comme une interaction acide/base, où le polysaccharide agit comme un acide et la surface de l'hématite sert de base48,49. L'adsorption sélective de LBG sur la surface de l'hématite entraverait l'adsorption de DDA ; ainsi, l'hématite serait sélectivement déprimée. Cependant, comme le LBG a une faible adsorption sur le quartz, une grande quantité de DDA a été adsorbée sur le quartz, ce qui a aidé à obtenir une récupération élevée du quartz.

Dans cette étude, l'effet de dépression de la gomme de caroube (LBG), en tant que dépresseur nouveau et respectueux de l'environnement, pour la séparation sélective de l'hématite et du quartz par flottation cationique inverse a été étudié dans diverses conditions de flottation. Les résultats de la micro-flottation ont montré que le LBG pouvait réduire de manière significative la flottabilité de l'hématite même à faible concentration (30 mg/L) avec un effet insignifiant sur la récupération du quartz. L'expérience de flottation discontinue a révélé que LBG a une sélectivité élevée pour la dépression d'hématite, avec des teneurs en Fe et une récupération de Fe dans les concentrés de 56,6 et 88,1, respectivement. Diverses analyses de surface ont montré que l'adsorption de LBG sur l'hématite et le quartz différait significativement. L'analyse de mouillabilité a indiqué qu'en augmentant les concentrations du collecteur, l'énergie de surface du quartz était significativement inférieure à celle de l'hématite ; ainsi, l'hydrophobicité du quartz était significativement plus élevée que celle de l'hématite traitée au LBG. De plus, la différence d'adhérence entre l'hématite traitée au LBG et les échantillons non traités était très importante. L'ajout de LBG n'a que légèrement modifié la mouillabilité du quartz en présence de DDA. L'analyse d'adsorption de surface a montré que le LBG interagissait plus fortement avec la surface de l'hématite que le quartz, tandis qu'à la concentration de 300 mg/L de LBG, les quantités d'adsorption d'hématite et de quartz étaient de 3,3 et 1,7 (mg/g), respectivement. Les résultats FT-IR ont révélé que les molécules de LBG étaient adsorbées via une liaison hydrogène sur la surface de l'hématite et interagissaient faiblement avec la surface du quartz.

Les ensembles de données utilisés et/ou analysés au cours de l'étude en cours sont disponibles auprès de l'auteur correspondant sur demande raisonnable.

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Les auteurs remercient le personnel du Laboratoire de traitement des minéraux de l'Université de Téhéran pour leur soutien technique. Ce manuscrit est le résultat d'un projet soutenu par CAMM3, le Center of Advanced Mining and Metallurgy, en tant que centre d'excellence de l'Université de technologie de Luleå.

Financement en libre accès fourni par l'Université de technologie de Lulea. Financement en libre accès fourni par le Centre of Advanced Mining and Metallurgy (CAMM3).

École de génie minier, Collège d'ingénierie, Université de Téhéran, Téhéran, Iran

Mehrdad Kordloo, Gholamreza Khodadadmahmoudi, Ehsan Ebrahimi & Ali Rezaei

Département de génie minier et métallurgique, Université de Yazd, Yazd, 89195-741, Iran

Arash Tohri

Génie minéral et métallurgique, École suédoise des mines, Département de génie civil, environnemental et des ressources naturelles, Université de technologie de Luleå, 971 87, Luleå, Suède

Saïd Chehreh Chelgani

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Correspondance à Arash Tohry ou Saeed Chehreh Chelgani.

Les auteurs ne déclarent aucun intérêt concurrent.

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Kordloo, M., Khodadadmahmoudi, G., Ebrahimi, E. et al. Dépression d'hématite verte pour la séparation par flottation sélective inverse du quartz par la gomme de caroube. Sci Rep 13, 8980 (2023). https://doi.org/10.1038/s41598-023-36104-5

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Reçu : 01 mars 2023

Accepté : 30 mai 2023

Publié: 02 juin 2023

DOI : https://doi.org/10.1038/s41598-023-36104-5

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