La flottation est un procédé de traitement physico-chimique utilisé dans la préparation des minéraux et des matériaux de construction. Elle permet de séparer des particules solides en suspension aqueuse (pulpe) en fonction de leur affinité avec l'air, par fixation sélective sur des bulles générées dans une cellule de flottation.
Principe physico-chimique
Le procédé repose sur la différence de mouillabilité des surfaces minérales. Les particules hydrophobes s'attachent aux bulles d'air introduites dans la pulpe et remontent à la surface sous forme de mousse, tandis que les particules hydrophiles restent en suspension et sont évacuées comme résidu (stérile). La taille effective des particules traitées se situe généralement entre 10 µm et 300 µm ; au-delà, l'adhérence aux bulles devient instable en raison du poids des grains.
Déroulement du procédé
La matière première est d'abord broyée puis mise en pulpe avec de l'eau, à une teneur en solides comprise généralement entre 25 % et 40 % en masse. Des réactifs chimiques sont ajoutés pour modifier la mouillabilité des surfaces, puis la pulpe est introduite dans une cellule où l'air est injecté sous forme de fines bulles, typiquement de 0,5 mm à 2 mm de diamètre. Le temps de rétention dans une cellule varie en général de 2 à 15 minutes selon la minéralogie et le débit.
Réactifs et paramètres de réglage
Les collecteurs rendent la surface des particules cibles hydrophobe. Les moussants stabilisent la mousse en surface. Des modificateurs de pH, déprimants et activateurs permettent d'ajuster la sélectivité entre les différentes espèces minérales présentes. Le pH de la pulpe est un paramètre de pilotage essentiel et se situe fréquemment entre 8 et 11 pour la séparation de sulfures, avec des plages différentes selon la nature du minerai traité.
Équipements
Les cellules de flottation mécaniques comportent un agitateur et un système d'injection d'air, les cellules pneumatiques injectent l'air sans agitation mécanique, et les colonnes de flottation privilégient un flux à contre-courant pour une meilleure sélectivité. Plusieurs cellules sont généralement disposées en série (banc de flottation) pour atteindre les taux de récupération visés.
Domaines d'application dans l'industrie des matériaux de construction
Dans le secteur des granulats et sables industriels, la flottation sert à éliminer des impuretés telles que le mica, les oxydes de fer ou les minéraux argileux présents dans les sables siliceux destinés à la fabrication de verre ou de béton. Elle est également utilisée dans la valorisation du charbon pour réduire la teneur en cendres et en soufre, ainsi que dans certaines filières de recyclage de matériaux minéraux pour séparer des fractions de composition différente.