Brevet FR2478488A1 — publié le 19810925

La présente invention concerne un procédé de flottation du charbon par une mousse constituée par une émulsion d'huile hydrocarbonée formant latex. Le charbon est une substance minérale combus- 5 tible solide qui, en raison du processus naturel de for- mation des charbons, est généralement associé à une cer- taine quantité de substances minérales non combustibles, appelées cendres. Dans les procédés usuels de purifica- tion du charbon, comme la séparation par gravité des par- 10 ticules grossières ou de calibre intermédiaire, l'enlève- ment des plus gros fragments de la substance inerte réussit pleinement tandis que l'enlèvement des fragments les plus fins, intimement associés au charbon, est tout-à-fait insuffisant. 15 La purification fine du charbon de particules inférieures à 0,60 mm est couramment accomplie par un pro- cédé qui associe le classement, le lavage par cyclone et la flottation. Etant donné l'importance toujours crois- sante des problèmes d'environnement liés aux "eaux noires" 20 et l'intérêt croissant du charbon comme source d'énergie de remplacement, la récupération des fines de charbon par des techniques de flottation esten train de se développer dans l'industrie considérée dans son ensemble. On sait depuis longtemps que le charbon présen- 25 te une aptitude inhérente à la flottation. Dans la flot- tation du charbon par une mousse, le charbon est séparé de sa gangue sous la forme d'une mousse en utilisant du gaz comme agent de flottation. Puisque le charbon est apte à la flottation il suffit généralement de l'aider seule- 30 ment un peu pour qu'il puisse flotter facilement. Ainsi, les charbons bitumineux de qualité supérieure ne nécessi- tent fréquemment qu'un agent moussant. Cependant, les charbons bitumineux de qualité inférieure à intermédiaire peuvent nécessiter, pour une bonne récupération, de 0,5 à 35 1,5 kilogramme d'huile hydrocarbonée par tonne de charbon. De plus, le lignite requiert même des quantités plus im- 2478488 2 portantes d'huile hydrocarbonée ou des agents collec- teurs plus puissants pour obtenir une bonne récupération. Dans le cas des charbons oxydés, de plus grandes quanti- tés d'huile hydrocarbonée et/ou d'agents collecteurs 5 sont aussi nécessaires pour obtenir les taux souhaités de récupération. Dans le but d'augmenter la récupération des fines de charbon sans accroître la quantité de cendre dans le produit récupéré, on a déjà suggéré d'utiliser 10 divers nouveaux polymères. Dans son article "Coal Flo- tation", Flotation, A.M. Gaudin Memorial Volume, Volume 2, The American Institute of Mining, Metallurgical, and Petroleum Engineers, Inc., New York, 1976, Frank F. Aplan a indiqué que l'émulsification d'une huile combustible 15 par un agent moussant ou un agent tensioactif peut con- duire à une réduction de la quantité de réactif nécessai- re dans la flottation du charbon par une mousse. M. Barcal et F. Dedek ont indiqué, dans "Emulsification of Flota- tion Agents for Coal", Acta Mont. 1974, No. 28, 59-91, 20 qu'une aptitude améliorée à la flottation était obser- vée avec une émulsion stabilisée d'une huile minérale en ajoutant un agent moussant. Quoique ces documents enseignent tous deux l'utilisation de systèmes formant des émulsions huile-dans-eau, ils font état du fait 25 que les taux de récupération obtenus sont encore forte- ment en retrait par rapport aux espoirs de l'industrie. Plus récemment, le brevet des Etats-Unis d'Amérique No. 4 162 966 (Finch), délivré en juillet 1979, divulgue que l'utilisation d'émulsions eau-dans-huile d'un latex 30 de polyacrylate de sodium, en tant qu'agent favorisant la flottation du charbon, accroit le taux de récupéra- tion. Le côté le plus prometteur de cette technique nou- velle repose par conséquent sur l'utilisation, en tant qu'agent favorisant la flottation, d'une émulsion eau- 35 dans-huile comprenant un latex de polymère, un solvant paraffinique, un émulsifiant, un activateur et une faible quantité d'un agent stabilisant. L'agent favorisant 2478488 3 l'émulsion qui a été proposé par Finch non seulement ne présente pas d'intérêt industriel en raison du coût éle- vé du polymère, mais il s'est révélé être aveugle et non sélectif en ce qui concerne son pouvoir de récupération, 5 ce qui entratne une récupération élevée des cendres dans le charbon récupéré. En conséquence, on avait besoin, pour favoriser l'émulsion, d'un agent plus efficace et économique, pou- vant donner des taux élevés de récupération du charbon 10 sans cendres associées. C'est pourquoi le fait de pou- voir disposer d'un tel agent permettrait de répondre à un besoin déjà ancien et constituerait un progrès essen- tiel dans la technique. La présente invention concerne un procédé de 15 flottation par une mousse, du type comprenant l'addition, à une phase aqueuse contenant du charbon et les cendres associées à celui-ci, (1) d'un agent moussant, (2) d'un agent collecteur, (3) d'un gaz à action moussante et éventuellement (4) d'un agent modificateur, et ensuite 20 la récupération du charbon soumis à la flottation par la mousse, ce procédé étant caractérisé en ce qu'il consiste à ajouter, en tant qu'agent collecteur, une émulsion formant latex, cette émulsion étant essentielle- ment constituée d'environ 10%,à 70% en poids d'une huile 25 hydrocarbonée, d'environ 1,0% à 18% en poids d'une émul- sion hydrophobe eau-dans-huile présentant une valeur d'é- quilibre hydrophile-lipophile au plus égale à 5,0, d'en- viron 0,1% à 7% en poids d'un agent tensioactif hydrophile présentant une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile 30 au moins égale à 9,0, le reste de cet agent collecteur étant constitué par de l'eau. Du point de vue économique, ce procédé est nota- blement moins coûteux que les procédés usuels par le fait qu'il remédie à la nécessité d'utiliser des polymères 35 coûteux pour obtenir les taux souhaités de récupération du charbon. Du point de vue technique, ce procédé est 84?8408 4 précis du fait des constituants nécessaires pour obtenir des taux de récupération de charbon équivalents aux normes industrielles usuelles tandis que, du point de vue com- mercial, ce procédé permet d'obtenir, sans teneurs éle- 5 vées en cendres associées, les excellents taux de récupé- ration du charbon qui sont nécessaires pour garantir sa mise en pratique. On va maintenant donner une description détail- lée de l'invention. 10 La présente invention concerne donc un procédé pour séparer le charbon des cendres auxquelles il est associé et pour récupérer le charbon purifié. Ce procédé don- ne des résultats tout particulièrement excellents lors- que le charbon utilisé est constitué par des fines de 15 charbon de qualité inférieure, quoique ce procédé soit tout à fait compatible avec tous les types de charbons. Le procédé de flottation comporte l'addition, à une phase aqueuse contenant le charbon et les cendres associées, (1) d'un agent moussant, (2) d'un -agent 20 collecteur, (3) d'un gaz à action moussante et éventuel- lement (4) d'un agent modificateur. Des agents mous- sants caractéristiques, utiles pour l'invention et aux- quels cette invention n'est cependant pas limitée, com- prennent l'huile de pin, la créosote et l'acide crésyli- 25 que, des alcools et divers agents moussants synthétiques. Ces agents moussants sont généralement caractérisés par leur aptitude à donner une mousse stable qui persiste suffisamment longtemps pour faciliter la séparation, mais qui ne persiste pas assez pour résister à une destruc- 30 tion lors des traitements ou manipulations subséquents. Le gaz à action moussante permet d'obtenir la mousse lors de son injection dans la suspension aqueuse contenant l'agent moussant. Quoique l'air soit le gaz à action moussante le plus communément utilisé , presque n'impor- 35 te quel gaz peut convenir, l'oxygène étant cependant par- ticulièrement souhaitable. Les modificateurs appartien- 2478488 5 nent généralement à une catégorie de compositions compre- nant des régulateurs du pH, des activateurs, des inhibi- teurs, des agents dispersants et des agents floculants. Le système de flottation peut nécessiter ou non des a- 5 gents modificateurs en fonction des caractéristiques du- dit système et du type de charbon à traiter. Le réactif collecteur accrolt l'aptitude de la mousse formée à supporter le charbon que l'on cherche à faire flotter, et par conséquent à récupérer dans la mousse. 10 Le perfectionnement par rapport aux techniques usuelles de flottation du charbon consiste en l'utilisa- tion d'une émulsion formant latex, en tant qu'agent collecteur, cette émulsion étant essentiellement consti- tuée par environ 10% à 70% en poids, de préférence 50% 15 à 70%, d'une huile hydrocarbonée, environ 1,0 à 18% en poids, de préférence 1,0 à 7%, d'un émulsifiant hydrophobe eau-dans-huile, présentant une valeur d'équilibre hydro- phile-lipophile au plus égale à 5,0, et environ 0,1% à 7% en poids, de préférence 0,1% à 4%, d'un agent tensio- 20 actif hydrophile présentant une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile au moins égale à 9,0, le reste de l'a- gent collecteur étant constitué par de l'eau. Le collec- teur constitué par l'émulsion formant latex est de préfé- rence ajouté sous la forme d'une émulsion déjà préparée. 25 Les quantités efficaces de cette émulsion peuvent varier en fonction du charbon soumis au traitement. Les huiles hydrocarbonées convenables compren- nent, mais ne sont pas limitées à, lekérosène , le fuel- oil, les huiles animales ou végétales comme l'huile de 30 graines de coton, l'huile de mais, l'huile de tournesol, l'huile de soja, l'huile de poisson, d ' a u t r e s a n i m a i e s et analogues; ainsi que les solvants à faible odeur d'origine pétrolière. Des émulsifiants hydrophobes eau-dans-huile 35 convenables, présentant une valeur d'équilibre hydrophi- le-lipophile au plus égale à 5,0 comprennent, mais ne sont 2478488 6 pas limités à, les mono- et di-esters gras du glycérol, du sorbitanne et des polyéthylène-glycols comme le tristéarate de sorbitanne, le mono-oléate de glycérol, le monostéarate de glycérol, le monolaurate de glycérol et 5 analogues, et les émulsifiants non ioniques comme les acides gras éthoxylés. De préférence, on utilise le mono- oléate de sorbitanne en tant qu'émulsifiant hydrophobe. La limitation de la valeur d'équilibre hydrophile-lipophi- le à 5,0 ou moins est importante étant donné qu'un émul- 10 sifiant avec une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile supérieure à 5,0 ne conduit pas à un système formant émul- sion eau-dans-huile. Des agents tensioactifs hydrophiles convenables présentant une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile au 15 moins égale à 9,0 comprennent, mais ne sont pas limités à, les sulfosuccinates de dialkyle, les alcools éthoxylés, les alkylacrylphénols, les amines éthoxylées, les acides éthoxylés et les amides éthoxylés. Comme exemples de tels agents tensioactifs, on peut citer le sulfosuccinate de 20 dioctyle, l'octylphénoxy-polyéthoxy-éthanol, le nonylphé- nol éthoxylé, l'amine éthoxylée des acides gras de la noix de coco et analogues. La limitation de la valeur d'équilibre hydrophile-lipophile à 9,0 ou plus est impor- tante étant donné qu'un agent tensioactif présentant une 25 valeur d'équilibre hydrophile-lipophile plus faible casse l'émulsion eau-dans-huile pour la transformer en émulsion huile-dans-eau par suite du phénomène d'inversion de phase. Les exemples spécifiques de la description ci- 30 après illustrent certains aspects de la présente invention et, en particulier, des méthodes d'évaluation du procédé de flottation. Dans ces exemples, qui sont donnés à titre non limitatif, tous les pourcentages et toutes les par- ties sont exprimés en poids, sauf indication contraire. 35 On utilise, comme matière première pour la flottation, du charbon provenant d'une mine de charbon de 2478488 7 Virginie Occidentale, ce charbon comportant 5,1% de parti- cules supérieures à 0,21 mm, de 8,3% de particules supé- rieures à 0,074 mm et de 66,3% de particules inférieures à 0,044 mm. On prépare une bouillie, avec cette matière 5 première, et on la divise en 2800 parties aliquotes pour la flottation en discontinu. On effectue la flottation dans une cellule de flottation Wemco 1+1. On ajoute des réactifs appropriés et on laisse la suspension d'alimentation en conditionne- 10 ment pendant 30 secondes avant de commencer la flottation à 1000 tours/minute pendant 4 minutes. Le concentré et les queues récupérés sont filtrés et séchés à 520C. On détermine la teneur en cendres et on calcule le pourcen- tage de récupération du charbon comme suit 15 % de récupéra- _ Wc x (100-Ac) x 100 tion du charbon =/c x (100-Ac)_7 + UWt x (100-At) 7 o: Wc et Wt représentent respectivement le pourcentage de récupération du concentré et des queues Ac et At représentent respectivement la teneur en cen- 20 dres, en pourcentage, dans le concentré et dans les queues. EXEMPLE 1 On suit le processus général précité avec toutes ses particularités, en utilisant les réactifs énumérés sur 25 le tableau I, la teneur en cendres dans la matière premiè- re d'alimentation étant de 25% tandis que la teneur en solides de cette matière première d'alimentation, dans la cellule de flottation, est de 9,6%. Les résultats d'essai donnés ci-après montrent qu'on obtient le taux le plus 30 élevé de récupération du charbon et la teneur la plus fai- ble en cendres lorsqu'on utilise l'émulsion formant latex. TABLEAU I Quantités de réactifs en kg/t Agent Huile hy- Agent tenmoussant drocarbonée sioactif Emulsifiant Emulsion 0,25 - - 0,25 0,25 - - 0,25 0,098 - - - 0,25 - 0,01 - - 0,25 - - 0,005 - 0,25 (0,098) (0,01) (0,005) 0,25 Teneur en cendre (%) 9,2 8,4 9,81 9,52 9; 32 8,5 % de récupération du charbon 70,4 83,4 74,8 74,2 74,7 85,8 HLB = valeur d'équilibre hydrophile-lipophile Réactifs utilisés : Agent moussant : méthylisobutylcarbinol Huile hydrocarbonée = fuel-oil No 2 Agent tensioactif : sulfosuccinate de dioctyle; HLB d'environ 14,0 Emulsifiant : mono-oléate de sorbitanne; HLB de 4,3 Emulsion : émulsion formant latex et contenant 55% d'eau, 39% de fuel-oil No 2, 2% de mono-oléate de sorbitanne et 4% de sulfosuccinate de dioctyle. A 0,25 kg/t, l'émulsion contient les constituants respectifs dont les quantités sont indiquées entre parenthèses. g- o Ce We. 2478488 9 EXEMPLE 2 En suivant le processus général dans tous ses détails, avec une teneur en cendres dans la matière pre- mière d'alimentation de 30% et une teneur en solides de 5,3% 5 dans ladite matière première, on utilise les réactifs énumérés dans le tableau II. Les résultats d'essai donnés sur ce tableau indiquent qu'on obtient la plus faible teneur en cendres et le taux de récupération du charbon le plus élevé lorsqu'on utilise l'émulsion 10 formant latex. EXEMPLE 3 Lorsqu'on suit le processus de l'exemple 1,en utilisant comme agent collecteur une émulsion formant latex, comprenant 68% en poids de kérosène 23% en poids 15 d'un alkylaryl-polyéther-éthanol présentant une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile de 9,1 et 9% en poids d'une huile de ricin éthoxylée présentant une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile de 3,6, on obtient des résultats sensiblement équivalents. 20 EXEMPLE 4 Lorsqu'on suit le processus de l'exemple 1, en utilisant comme agent collecteur une émulsion formant latex, qui comprend 76% en poids d'huile de mais, 18% en poids d'un nonylphénoxy-polyéthoxyéthanol présentant 25 une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile de 11,7 et 6% en poids d'une huile de ricin éthoxylée présentant une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile de 4,9, on obtient des résultats sensiblement équivalents. TABLEAU II Agent Huile EmulsiAgent Huile hy- Polymère mous- hydro- fiant tensio- drocarbo- sec sant carbonée actif née B A Emulsion de poly- mère Emulsion/ Teneur polymère en cen- dres (%) % de réScu- pération du charbon (0,0095) (0,0195) (0,027) 0,0095 0,0095 0,0095 (0,0095) 0,0195 0,0195 (0,0195) 0,27 0,27 (0,005) (0,01) (0,098) 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,25 0,25 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,25 0,6 (0,2) 0,2 0,2 0,2 0,2 8,3 80,5 94,7 86,8 87,1 87,0 92,8 93,0 0,4* 1L8,9 16,6 15,3 16,7 17,9 11,5 10,5 10,3 0,25** 93,8 47,5 o- 0 4.9 Co '.b. co Co 2478488 11 Tableau II (suite) Réactifs utilisés : - Agent moussant : méthylisobutylcarbinol Huile hydrocarbonée A : fuel-oil No 2 5 - Huile hydrocarbonée B : solvant peu odorant d'origine pétrolière - Emulsifiant : mono-oléate de sorbitanne; HLB = 4,3 - Agent tensioactif : nonylphénol éthoxylé; HLB = 10,0 - Polymère sec : polyacrylate de sodium précipité à par- 10 tir d'une émulsion de polymère; viscosité relative = 3,4 par rapport à l'acide acrylique - Emulsion de polymère : émulsion formant latex d' acrylate de sodium, susceptible d'inversion et conte- nant 29% de polymère actif; viscosité relative = 3,4 15 par rapport à l'acide acrylique; contenant les cons- tituants respectifs dont les quantités sont indiquées entre parenthèses. - Emulsion * : émulsion formant latex, contenant 25,2% d'eau, 67,5% de solvant peu odorant d'origine pétro- 20 lière, 2,4% de mono-oléate de sorbitanne et 4,9% de nonylphénol polyéthoxylé. A 0,4 kg/t, l'émulsion con- tient les différents constituants dont les quantités sont indiquées entre parenthèses. - Emulsion** : émulsion formant latex contenant 55% 25 d'eau, 39% de solvant peu odorant d'origine pétroliè- re, 2% de mono-oléate de sorbitanne et 4% de nonyl- phénol éthoxylé; à 0,25 kg/t, l'émulsion contient les constituants respectifs dont les quantités sont indi- quées entre parenthèses. 2478488 12 EXEMPLE 5 En suivant le processus de l'exemple 1 et en utilisant comme agent collecteur une émulsion formant latex, qui comprend 84% en poids d'huile de poisson, 5 14% en poids de talloiléthoxylé présentant une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile de 12,3 et 2% en poids d'un mono-oléate de glycérol modifié ayant une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile de 2,8, on obtient des résultats sensiblement équivalents. 10 EXEMPLE 6 En suivant le processus de l'exemple 1 et en utilisant comme agent collecteur une émulsion formant latex, qui comprend 92% en poids d'un solvant peu odorant d'origine pétrolière, 4% en poids d'un alkylaryl-polyéthylène-glycol-éther ayant une valeur d'équilibre hydro- phile-lipophile de 14,1 et 4% en poids d'un mono-oléate de glycérol ayant une valeur d'équilibre hydrophile-lipo- phile de 3,4, des résultats sensiblement équivalents sont obtenus. 20 EXEMPLE 7 En suivant le processus général dans tous ses détails, on utilise les réactifs énumérés sur le tableau III, la teneur en cendres de la matière première d'ali- mentation étant de 28% et sa teneur en solides de 11,0%. 25 Les résultats d'essai reportés sur ce tableau indiquent qu'on obtient la plus faible teneur en cendres et les taux de récupération les plus élevés lorsqu'on utilise une émulsion formant latex, sans aucun polymère. TABLEAU III Agent Huile Huile EmulsiAgent Poly- Emul- Emul- Emul- % de Teneur mous- hydro- hydro- fiant tensio- mère sion sion sion récu- en sant carbo- carbo- actif sec de po-A for-B for- péra- cen- née A née B lymè- mant mant tion dres re latex latex en (%) poids 0,2 0,3 - - - - 75,4 , 0,~2 _ ~ _~ _~ _~ _ 0,3 -_ _ 73,3 11,14 0,2 ... 0,3 --73,3' 11,1, - - - 0,3 - - - 0,3 - 77,6 10,7 - 76,1 10,2 - - - 0,3 78,2 10,2 - 0,135 0,00475 0,0098 0,1 - - - 68,07' 9,9 Pourcen- tage de récupé- ration du char- bon 94,5 90,23 95,3 94,6 95,9 Remarques Réactifs émul- sifiés i, I! T! "1 t, il 88,01 Réactifs non émulsifiés - 0,135 0,00475 0,0098 - - - - 68,37 9,8 0,2 . 0,15 - 0,2 0,2 0,2 86,62 I! r1% -4 co co Co 2478488 14 Tableau III (suite) Réactifs utilisés : - Agent moussant : méthylisobutylcarbinol - Huile hydrocarbonée A : fuel-oil No 2 5 - Huile hydrocarbonée B : solvant peu odorant d'origine pétrolière - Emulsifiant : mono-oléate de sorbitanne; HLB = 4,3 - Agent tensioactif : nonylphénol éthoxylé; HLB 10,0 - Polymère sec : polyacrylate d'ammonium; viscositérela- 10 tive = 3,4 par rapport à l'acide acrylique - Emulsion de polymère : émulsion formant latex de polya- crylate de sodium, susceptible d'inversion,contenant 0,00475 d'émulsifiant, 0,0098 d'agent tensioactif, 0,09 de polymère, 0,135 de solvant peu odorant d'origine pé- 15 trolière et 0,0605 d'eau - Emulsion A formant latex : émulsion formant latex, contenant 39% de kérosène, 2% de mono-oléate de sorbitanne, 4% de nonylphénol polyéthoxylé et 55% d'eau. - Emulsion B formant latex: émulsion formant latex,conte- 20 nant 39% de kérosène, 2% de mono-oléate de sorbitanne, 4% de sulfosuccinate de dioctyle et 55% d'eau. 2478488 15 REVENDICATIONS 1. Procédé de flottation par une mousse, du type comprenant l'addition, à une phase aqueuse contenant un charbon et les cendres qui lui sont associées, (1) d'un agent moussant, (2) d'un agent collecteur, (3) d'un gaz à 5 action moussante et éventuellement (4) d'un agent modifi- cateur et la récupération subséquente du charbon qui se sépare par suite de cette flottation, caractérisé en ce qu'il comprend l'addition d'une émulsion, formant latex, en tant qu'agent collecteur, cette émulsion étant essentiel- 10 lement constituée d'environ 10% à 70% en poids d'une huile hydrocarbonée, d'environ 1,0% à 18% en poids d'un émulsifiant eau-dans-huile hydrophobe présentant une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile non supérieure à 5,0, et environ 0,1% à 7% en poids d'un agent tensioactif hydrophile 15 présentant une valeur d'équilibre hydrophile-lipophile non inférieure à 9,0, le reste étant constitué par de l'eau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émulsion formant latex est essentiellement consti- tuée d'environ 50% à 70% en poids de l'huile hydrocarbonée, 20 de 1,0% à 7% en poids de l'émulsifiant hydrophobe de 0,1% à 4% en poids de l'agent tensioactif hydrophile, le reste étant constitué par de l'eau. 3. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'huile hydrocarbonée est un solvant peu odorant 25 d'origine pétrolière. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'émulsifiant hydrophobe est le mono-oléate de sorbitanne. 5. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en 30 ce que l'agent tensioactif hydrophile est un nonyl-phénol éthoxylé. 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que l'agent tensioactif hydrophile est le sulfosuccinate de dioctyle.