L'effet du chlorure de polyaluminium (PAC) synthétisé en laboratoire, préparé par la méthode de titration alcaline, sur la performance de flottation du graphite a été systématiquement étudié dans ce travail. Des tests de flottation utilisant du minerai de graphite naturel ont démontré que le PAC pouvait améliorer le rendement de flottation tout en maintenant la qualité du concentré. D'autres tests de flottation utilisant des minéraux de graphite-kaolinite mélangés artificiels ont montré que l'ajout de PAC à environ 30 mg/L peut améliorer la récupération du graphite et l'efficacité de séparation, et n'a pas d'effet négatif significatif sur la perte au feu dans le concentré. Le mécanisme d'amélioration possible du PAC sur la flottation du graphite, y compris l'entraînement d'eau, le revêtement de boue, l'attachement bulle-graphite, a été révélé par des méthodes de caractérisation telles que les mesures de potentiel zêta, la mesure de réflectance à faisceau focalisé (FBRM), la vision et la mesure des particules (PVM), les tests de chargement de bulles uniques et les mesures d'angle de contact. Les mesures de potentiel zêta montrent que le PAC à 30 mg/L a neutralisé la charge négative à la surface de la kaolinite, tandis que le graphite était chargé positivement. Les résultats FBRM en temps réel montrent que la longueur de corde moyenne des particules de kaolinite a augmenté de manière significative lorsque la concentration de PAC était de 30 mg/L et a diminué à une concentration de PAC de 90 mg/L, tandis que les particules de graphite sont restées dans un état de dispersion. Cependant, les résultats PVM ont indiqué que le revêtement de boue entre la surface de la kaolinite et celle du graphite était aggravé lorsque le PAC était à 30 mg/L puis diminuait à 90 mg/L. Les tests de chargement de bulles uniques et les mesures d'angle de contact ont prouvé que le PAC à 30 mg/L augmentait significativement la probabilité d'attachement entre les bulles et les particules de graphite. Pendant ce temps, l'angle de contact du graphite est resté stable sans réduction significative, maintenant efficacement l'hydrophobicité de surface du graphite et promouvant finalement la récupération de flottation du graphite. Ce travail est censé fournir une compréhension théorique et un soutien technique pour la flottation du graphite par l'ajustement de la concentration de PAC.

En tant que ressource minérale non métallique stratégique par nature, le graphite possède d'excellentes propriétés telles qu'une conductivité thermique élevée, une lubrification exceptionnelle et une stabilité chimique remarquable. Il est largement utilisé dans la métallurgie, la mécanique, l'aérospatiale et d'autres domaines [1,2]. L'application du graphite dans l'industrie est déterminée par sa morphologie cristalline [3]. Le graphite naturel peut être grossièrement divisé en graphite cristallin et graphite cryptocrystalline selon le degré de cristallisation, l'origine géologique et les propriétés. Le graphite cristallin est généralement divisé en graphite en morceaux et graphite en paillettes. Le graphite en paillettes possède une hydrophobicité inhérente, lui conférant une flottabilité supérieure par rapport à d'autres variétés de graphite, le plaçant ainsi parmi les minéraux les plus sélectivement séparables. Grâce aux processus de valorisation, sa teneur en carbone fixe peut dépasser 90 %. En revanche, le graphite cryptocrystalline présente une distribution de taille de particules non uniforme et une composition d'impuretés complexe, entraînant des défis significatifs pour la purification [4].

Le potentiel économique du minerai de graphite dépend principalement de la pureté du graphite [5]. Les techniques de traitement minéral conventionnelles pour l'enrichissement du graphite incluent la séparation par gravité, la séparation électrostatique, la flottation et la séparation magnétique [6]. Dans la flottation, l'équilibre entre les composants hydrophiles et hydrophobes sur les surfaces minérales joue un rôle critique dans l'efficacité de la séparation [7]. En raison de son hydrophobicité inhérente et de sa flottabilité naturelle, le graphite peut être efficacement séparé des minéraux de gangue courants (par exemple, le feldspath, le quartz, la mica et les minéraux carbonatés), qui sont principalement hydrophiles. Par conséquent, la flottation par mousse est devenue la méthode industrielle standard pour la concentration primaire du minerai de graphite et reste l'une des techniques les plus efficaces et les plus largement adoptées pour la purification du graphite [8]. Ainsi, la flottation permet une séparation efficace du graphite des minéraux de gangue, réalisant ainsi une purification significative.

Avec la diminution des teneurs en minerai et la dissémination minérale de plus en plus complexe, la flottation directe est devenue plus difficile pour récupérer les minéraux précieux, nécessitant un broyage fin pour atteindre une libération suffisante des minéraux cibles [9]. Cependant, le processus de broyage fin tend à réduire simultanément les minéraux précieux et les minéraux de gangue en particules fines/ultrafines. Parmi ces minéraux à grain fin, les minéraux de gangue, en raison de leur petite taille de particule et de leur forte hydrophilie de surface, sont très susceptibles d'être entraînés mécaniquement dans le concentré [10]. L'entraînement mécanique fait référence au processus non sélectif par lequel les particules minérales suspendues dans la pulpe sont entraînées vers le haut par le fluide dans la mousse de flottation. Li et al. [11] ont démontré que la séricite présente un comportement d'entraînement significatif dans la flottation du graphite, son degré d'entraînement étant fortement dépendant de la taille des particules. Xu et al. [12] ont en outre confirmé que les minéraux de gangue dans les concentrés de flottation du graphite proviennent principalement de l'entraînement mécanique. De plus, les minéraux de gangue fins hydrophiles peuvent recouvrir les surfaces des minéraux précieux, réduisant leur hydrophobicité et entravant l'attachement des bulles aux particules, ce qui conduit finalement à une récupération inférieure des minéraux précieux [13].

L'entraînement mécanique pose un défi significatif dans la flottation des fines particules minérales [14,15]. La recherche indique qu'il existe une forte dépendance à la taille dans le comportement d'entraînement des particules [16,17]. En général, les minéraux de gangue ultrafins sont facilement entraînés dans la phase de mousse par des forces fluides. Cependant, leur faible inertie les empêche de surmonter la résistance hydrodynamique au sein de la mousse, entravant le drainage vers la pulpe et entraînant un transport sévère de gangue. Pour atténuer ce problème, les chercheurs en flottation ont proposé d'employer des additifs polymériques pour induire une agrégation sélective des minéraux de gangue, supprimant ainsi leur entraînement [18,19]. Par exemple, Li et al. [20] ont proposé que l'utilisation d'oxyde de polyéthylène (PEO) pourrait floculer sélectivement le quartz, ce qui a réduit l'entraînement du quartz dans la flottation de l'hématite, améliorant ainsi la qualité et le taux de récupération du concentré final. Chen et al. [21] ont souligné que le PAC peut agréger sélectivement la cryolite, réduire son entraînement dans le processus de flottation et améliorer l'efficacité de flottation de la cathode en carbone usagée (SCC). La méthode diminue considérablement l'entraînement de la gangue dans la mousse tout en améliorant le comportement de décantation des agrégats de gangue entraînés.

PAC est largement utilisé dans le domaine du traitement des eaux usées en raison de ses avantages d'une solubilité facile dans l'eau, d'une large adaptabilité au pH, d'une formation rapide de flocons, d'un faible coût et d'une utilisation simple [22,23]. Des études antérieures ont démontré que le PAC en tant que floculant peut floculer sélectivement les minéraux de gangue, réduire la contamination du concentré et augmenter la teneur en concentré [24]. Cependant, le PAC appliqué dans les recherches existantes est principalement un produit industriel, et sa composition n'est pas claire. Dans ce travail, le PAC synthétisé en laboratoire préparé par méthode de titration alcaline a été utilisé pour la première fois dans la flottation des minéraux artificiels de graphite-kaolinite mélangés. Les caractéristiques structurelles du PAC ont été caractérisées à l'aide de la colorimétrie de complexation chronométrée Al-Ferron et de la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR). Le comportement d'agrégation sélective de la kaolinite et son effet sur la performance de flottation du graphite ont été systématiquement étudiés par des tests de flottation, une analyse du potentiel zêta, FBRM, PVM, des tests de chargement de bulles uniques et des mesures d'angle de contact. Il a été constaté qu'en plus de réduire l'entraînement d'eau de la kaolinite, le PAC pouvait également augmenter la probabilité d'attachement des bulles au graphite et la récupération du graphite. De plus, le revêtement de boue entre la kaolinite et le graphite était aggravé lorsque la kaolinite était agrégée par le PAC, mais cet effet négatif sur la flottation du graphite pouvait être compensé par d'autres effets positifs. Ces résultats non seulement fournissent une nouvelle voie technique pour la séparation efficace des ressources en graphite, mais offrent également une nouvelle perspective de recherche sur le comportement de floculation sélective dans la flottation minérale.

80 de graphite et de kaolinite sont respectivement de 48 μm et 14 μm. Le graphite en flocons et la kaolinite ont été mélangés uniformément dans un rapport de 4:1 pour obtenir des minéraux mixtes artificiels de graphite-kaolinite. Le kérosène a été utilisé comme collecteur et l'alcool sec-octyle (AR, 99 %, obtenu de

La Fig. 6 démontre les effets de PAC sur le rendement et la perte par ignition du concentré de flottation utilisant du minerai de graphite naturel sous différentes dosages de collecteur et de moussant (0 et 100 g/t contre 300 et 150 g/t). Comme montré dans la Fig. 6(a), en l'absence de collecteur, le groupe témoin (sans PAC) a présenté un rendement de flottation de seulement 3,41 % avec une perte de concentré par ignition de 66,97 %. Bien que l'ajout de PAC à 30–50 mg/L ait légèrement augmenté le rendement, le rendement global est resté insatisfaisant.

Les tests de flottation utilisant à la fois des minerais naturels et des échantillons mélangés artificiellement ont démontré que le PAC améliorait les indicateurs clés tels que le rendement du concentré, le taux de récupération du graphite et l'efficacité de séparation. L'analyse du potentiel zêta a montré que le PAC présentait un effet de floculation sélective sur la kaolinite à une concentration de 30 mg/L de PAC. Les tests FBRM et PVM ont en outre montré que 30 mg/L de PAC pouvaient favoriser l'agrégation sélective de la kaolinite, et la kaolinite s'attacherait à la surface du graphite sous forme de flocs.