Procédé d'enrichissementBroyeur à boulets à débordement pour l'hématite

6.4.1 Lavabilité de l'hématite

Les méthodes de séparation de l'hématite comprennent la séparation magnétique, la flottation, la séparation par gravité, etc. Ces méthodes peuvent être combinées pour former différents procédés de séparation.

(1) Lavabilité par gravité. La densité de l'hématite est généralement supérieure à 5,0 g/cm³. Lorsque la densité des minéraux de gangue courants est comprise entre 3 et 3,2 g/cm³, le critère de concentration par gravité est de 1,82 à 2, et la concentration par gravité est relativement aisée. En revanche, dans le cas d’autres minéraux ferreux présentant une densité de 4 g/cm³, par rapport aux mêmes minéraux de gangue, le critère de concentration par gravité est compris entre 1,36 et 1,6, ce qui signifie que la concentration par gravité est relativement difficile. La concentration par gravité est aisée pour le minerai à grains grossiers dont la taille des particules libres est supérieure à 0,5 mm, mais la capacité de traitement et l’efficacité de séparation peuvent être considérablement réduites pour le minerai de taille moyenne ou fine dont la taille des particules libres se situe entre 0,15 mm et 0,04 mm. La concentration par gravité est trop difficile à mettre en œuvre pour traiter le minerai de fer finement disséminé dont la taille des particules libres est inférieure à 0,03 mm.

(2) Lavabilité magnétique. L'hématite présente un magnétisme faible, tandis que la pseudo-hématite possède un magnétisme fort. La pseudo-hématite peut être récupérée dans un séparateur magnétique de puissance moyenne, d'environ 6 000 à 80 000 e. L'hématite doit être récupérée dans un séparateur magnétique de haute puissance, de 120 000 e. La spécularite se situe entre les deux et nécessite une intensité de champ comprise entre 8 000 et 100 000 e. La limonite et la sidérite nécessitent une intensité élevée, supérieure à 150 000 e. Si les minéraux de gangue contiennent des minéraux silicatés faiblement magnétiques, tels que le grenat et la biotite, il est difficile de les séparer des minéraux ferreux dans un champ magnétique de forte intensité supérieur à 120 000 e.

(3) Flottabilité. La flottabilité diminue dans l'ordre suivant : hématite, spécularite, sidérite et limonite. Si le minerai contient des sulfures non ferreux, on recourt généralement à la flottation pour séparer ces sulfures du minerai de fer. Lorsque le minerai contient de la calcite, de la dolomite, de la magnésite, de la fluorite, de l’apatite et d’autres minéraux de calcium et de magnésium facilement flottants, la méthode de flottation est souvent utilisée pour les séparer des minéraux ferreux, mais cette opération s’avère plus difficile que la précédente, car le collecteur à base d’acides gras présente une faible sélectivité et peut également collecter les minéraux ferreux. De plus, l’activation des minéraux ferreux par un grand nombre d’ions métalliques présents dans la pulpe et la présence de boues aggravent encore la sélectivité.

6.4.2 Procédé d'enrichissement de l'hématite

6.4.2.1 Procédé de torréfaction et de séparation magnétique

La torréfaction et la séparation magnétique constituaient autrefois l’une des méthodes efficaces pour l’enrichissement de l’hématite, mais elles entraînaient des problèmes environnementaux. La torréfaction réductrice en four à cuve est une technique éprouvée qui fait l’objet d’une pratique de production de longue date. Elle était utilisée pour traiter le minerai en morceaux de 20 à 75 mm. Le four rotatif était utilisé pour la torréfaction magnétique du minerai de 0 à 20 mm, mais son utilisation est moins répandue. Le minerai en poudre est généralement concentré par une combinaison de séparation à haute intensité, de concentration par gravité, de flottation et d’autres méthodes.

Au cours du processus de grillage, le minerai brut est calibré puis grillé, en utilisant une poulie magnétique pour boucler le circuit de grillage. Les principaux inconvénients du procédé de grillage et de séparation magnétique sont une forte consommation d'énergie, un coût de production élevé et une force coercitive élevée après grillage, ce qui peut entraîner un entraînement de particules et réduire l'indice de concentration. C'est pourquoi ce type de procédé est progressivement remplacé par d'autres procédés combinés, tels que la séparation magnétique à haute intensité et la flottation inverse.

6.4.2.2 Procédés de flottation

La flottation fait l'objet d'un intérêt croissant en raison de ses avantages : faible limite de taille, vitesse de séparation élevée et facilité de contrôle. Elle est utilisée pour la concentration du quartzite à magnétite, du quartzite à hématite et de la taconite. Il existe quatre types de procédés de flottation pour le minerai de fer : la flottation anionique positive, la flottation cationique inverse, la flottation anionique inverse et la flottation par floculation sélective, parmi lesquels la flottation positive est principalement utilisée pour la flottation de l'hématite.

Dans flottation anionique-positive, un acide gras d'huile de soja ou son savon sulfaté, le savon de paraffine oxydé et l’huile de goudron brute peuvent être utilisés comme collecteurs lorsque la pulpe est ajustée à un pH faiblement alcalin (pH 9-9,5) à l’aide de Na₂CO₃ ; le sulfonate de sodium et de pétrole peut quant à lui être utilisé comme collecteur dans une pulpe faiblement acide (pH 6-6,5) ajustée à l’aide d’acide sulfurique. Les inconvénients de la flottation anionique positive sont les suivants : des changements fréquents de l’indice technique en raison d’une faible adaptabilité aux variations du type de minerai et de la composition minérale ; une détérioration des conditions d’exploitation de la flottation due à l’augmentation de la teneur en particules fines (-10 μm) causée par le broyage continu ; ainsi qu’un faible taux de récupération des particules de minerai de fer libre à gros grains et des particules riches piégées.

Dans flottation inverse anionique, le quartz est facilement activé par les ions Ca²⁺, Mg²⁺ et fer, tandis que les minéraux ferreux peuvent être efficacement inhibés par l'amidon, la lignine sulfonée et la dextrine si le pH est supérieur à 10. L'hydroxyde de sodium, seul ou mélangé à du carbonate de sodium, peut être utilisé comme régulateur du milieu. Les inconvénients de la flottation inverse anionique résident dans les exigences de température élevées et la difficulté de filtration due à la présence d’amidon.

Dans flottation inverse cationique, une pulpe alcaline est généralement nécessaire pour obtenir une dépression optimale sur les minéraux ferreux. Parallèlement, la surface des minéraux silicatés est chargée négativement et interagit facilement avec les collecteurs aminés. Les inconvénients de la flottation inverse cationique résident dans la viscosité élevée et la difficulté de traitement de la mousse, ainsi que dans sa sensibilité à la boue.

Procédé de flottation par floculation sélective (Fig. 6.4) utilise de l'amidon de manioc, de l'amidon de maïs, de l'humate de sodium et du polyacrylamide hydrolysé comme floculants pour provoquer la floculation des minéraux ferreux, puis une flottation inverse est effectuée après élimination des boues de gangue dispersées et en suspension. Les agents dispersants peuvent être de l’hydroxyde de sodium, du verre soluble, de l’hexamétaphosphate de sodium, etc. Les collecteurs peuvent être anioniques ou cationiques.

6.4.2.3 Procédé combiné de séparation magnétique à haute et à faible intensité

Le procédé combiné de séparation magnétique à haute et basse intensité, illustré à la figure 6.5, est traditionnellement utilisé pour les minerais mixtes de magnétite et d’hématite. Cependant, dans le cas de gangues contaminées par de la magnétite disséminée de manière extrêmement fine, la différence magnétique entre l’hématite et la gangue silicatée est si faible qu’elles peuvent se mélanger sous l’effet d’une certaine intensité de champ, ce qui entraîne l’introduction par erreur de silicates ferreux dans le concentré de fer. Pour améliorer encore la teneur, le concentré issu de la séparation magnétique à haute intensité doit être traité par d’autres méthodes. De plus, la perte de minéraux ferreux à grains fins (moins de 0,03 mm) dans les résidus magnétiques forts est également importante, ce qui explique le faible taux de récupération.

6.4.2.4 Association de la séparation magnétique à haute intensité et de la flottation

La combinaison de la séparation magnétique à haute intensité et de la flottation est largement utilisée pour remplacer le procédé de séparation magnétique à haute intensité afin d'améliorer la teneur du concentré d'hématite. Dans ce procédé, les minéraux de gangue présents dans le minerai, tels que le quartz et la chlorite à flottation facile, sont éliminés lors d'un broyage grossier par séparation magnétique à haute intensité. La flottation est ensuite utilisée pour produire un concentré conforme aux normes après que le concentré grossier issu de la séparation magnétique a subi un broyage plus fin.

6.4.2.5 Combinaison de la concentration par gravité, de la séparation magnétique et de la flottation

Un procédé combiné de concentration par gravité, de séparation magnétique et de flottation est utilisé pour le minerai associé de magnétite et d’hématite, dans lequel la concentration par gravité et la séparation magnétique servent à récupérer d’abord la magnétite, puis la flottation permet de récupérer l’hématite. Dans ce procédé, on recourt à un broyage par étapes et les fractions grossières et fines sont traitées séparément. Le procédé peut être mis en œuvre selon la séquence suivante : concentration par gravité, séparation magnétique et flottation inverse anionique, ou selon la séquence suivante : séparation magnétique, concentration par gravité et flottation inverse anionique. La séparation par gravité est principalement utilisée pour la séparation de l’hématite à grains grossiers (2-20 mm) et de taille moyenne. Les minerais massifs (> 20 mm) et à grains grossiers sont généralement traités par milieu dense ou par jig. Les minerais à grains moyens et fins sont traités par des méthodes de concentration en film, telles que le concentrateur à spirale, la table vibrante ou le concentrateur centrifuge.

6.4.2.6 Préconcentration du minerai d'hématite

L'hématite est parfois préconcentrée par jig, par goulotte vibrante à milieu dense ou par rouleau à induction électromagnétique. La granulométrie est comprise entre 10 et 75 mm pour la séparation par milieu dense, avec une densité de coupure de 2,7 à 3 g/cm³, et inférieure à 12 mm pour la séparation magnétique à haute intensité, avec une intensité de champ supérieure à 1,5-1,7 T.