Caractérisation de la pyrite dans les conditions de désulfuration environnementale à l'aide du xanthate et de collecteurs alternatifs

L'industrie minière génère d'importantes quantités de rejets miniers, qui peuvent impacter l'environnement quand ils contiennent des sulfures de métaux capables de s'oxyder. Parmi ces rejets, les résidus de concentrateur sont composés de phases minérales sans valeur économique avérée (sulfures et gangue silicatée), finement broyées pour faciliter la libération des minéraux de valeurs. Les sulfures, dont la pyrite est le minéral prédominant, peuvent entraîner un drainage minier acide ou neutre sous l'action de l'oxygène en milieux aqueux. Une technique de gestion intégrée de ces résidus, appelée désulfuration environnementale, consiste à séparer les sulfures par flottation, produisant un rejet décontaminé et un concentré de sulfures plus apte à être géré de par son faible volume. La concentration des sulfures est possible grâce aux collecteurs de flottation, qui sont des composés organiques s'adsorbant sélectivement aux surfaces minérales pour les rendre hydrophobes. Le xanthate est le collecteur le plus utilisé pour la flottation des sulfures. Cependant, son utilisation devient restreinte pour des raisons toxicologique, écologique et de santé et sécurité. Des alternatives au xanthate, dont les composés de dithiophosphate, dithiocarbamate et benzothiazole, sont notamment étudiés comme collecteurs non sélectifs des sulfures lors de la désulfuration environnementale. Durant la phase fondamentale du travail, l'interaction entre la pyrite, deux collecteurs alternatifs de sulfures fournis par le groupe SOLVAY-CYTEC et le xanthate comme référence, a été caractérisée. Ces deux collecteurs, l'AERO 404 de la famille des dithiophosphates (DTP) et l'AERO 3739 de la famille des dithiocarbamates (DTC), sont des mélanges contenant du mercaptobenzothiazole (MBT). La cinétique d'adsorption, caractérisant l'affinité des collecteurs pour le minéral, a dans un premier temps été étudiée par UV-Visible, après conditionnement de la pyrite à pH naturel (pH 4-4.5) et pH alcalin (pH 10.5) avec ajout de NaOH ou de CaO, pour déterminer la quantité de collecteur adsorbée sur la surface minérale en fonction de la concentration initiale en collecteur. La quantité maximum de collecteur pouvant être adsorbée sur la surface de la pyrite est au moins deux fois supérieures à pH naturel qu'à pH alcalin. De plus, le xanthate montre une meilleure affinité avec la surface de la pyrite comparativement aux deux collecteurs à base de DTP-MBT et de DTC-MBT. La surface de la pyrite ainsi conditionnée a ensuite été analysée par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier en mode réflexion diffuse (DRIFT). Cette caractérisation de surface avait pour but de comprendre les mécanismes d'adsorption de ces collecteurs sur la pyrite, en mettant en évidence les espèces superficielles présentes sur la surface du minéral. La nature et la quantité de ces espèces superficielles dépendent grandement du pH de conditionnement et sont responsables de l'hydrophobicité nécessaire à la flottation. Cette caractérisation de surface a montré que le conditionnement de la pyrite entraine une solubilisation et une modification des espèces d'oxydation présentes sur la surface de la pyrite après le broyage. Leur nature dépend du pH de conditionnement ainsi que du type de modificateur de pH utilisé. Pour le xanthate, des complexes de xanthate ferreux et ferriques se forment en premier suivis par le dixanthogène. Ces espèces sont observées à des concentrations plus basses à pH naturel (4-4.5) qu'à pH alcalin. Les collecteurs à base de DTP-MBT et de DTC-MBT ont montré qu'à pH naturel, les groupements C—N—H et N—C=S appartenant au mercaptobenzothiazole sont principalement retrouvés sur la surface de la pyrite. Cette adsorption se ferait par des complexes Fe - MBT. À pH alcalin, les espèces caractérisant l'adsorption de ces collecteurs sont difficilement observables, montrant également que l'affinité de ces collecteurs sur la surface de la pyrite est moindre à pH 10.5. La seule signature qui apparait sur la surface de la pyrite est le groupe C—N—H de la molécule MBT, montrant également la probable présence d'un complexe Fe - MBT. Enfin, la phase appliquée de l'étude a consisté à flotter de manière non-sélective les sulfures du minerai de la mine Goldex, Val d'Or, Québec. Ces tests ont été effectués avec les différents collecteurs utilisés lors de l'étude fondamentale, à pH 6 (avec acide sulfurique) et à pH 9.5 (avec NaOH ou CaO), afin de comparer les récupérations en soufre et en sulfures dans les résidus finaux. Les rendements de désulfuration du DTP-MBT à pH 9,5 étaient de 74.0% et 73.1% en utilisant NaOH et CaO, respectivement. Cette récupération était similaire à celle du xanthate (~ 75%), mais les collecteurs à base de DTP-MBT et DTC-MBT montraient une cinétique de flottation plus lente. En revanche, la performance du DTC-MBT était inférieure à celle du xanthate; soit 69.9% avec NaOH et 66.6% avec CaO. Pour les trois collecteurs, la flottation des sulfures à pH 6 était moins efficace qu'à pH 9,5 (l'efficacité n'excédait pas 67%, quel que soit le collecteur). Selon les potentiels de génération et de neutralisation de l'acide calculés, aucun rejet désulfuré ne serait générateur d'acidité.