Brevet FR2792221A1 — publié le 20001020

La présente invention concerne un procédé pour modifier la rhéologie d'une suspension dans l'eau d'une matière solide contenant des minerais dans les applications d'exploitation et de traitement des minerais. Plus particulièrement, la présente invention concerne des additifs utilisés pour modifier la rhéologie des suspensions dans l'eau de matières solides contenant des minerais dans les applications d'exploitation et de traitement des minerais. Le traitement des minerais comprend d'une manière générale la combinaison de minerais et d'eau pour former une suspension. Par exemple, le minerai est exploité et combiné avec de l'eau pour former une suspension afin que le minerai puisse être raffiné par lavage à l'eau pour retirer les matières de la gangue indésirables qui peuvent consister en argile, en sol ou en d'autres contaminants. Par ailleurs, le minerai exploité doit aussi être broyé pour être réduit à une taille de particule plus petite. Typiquement, on utilise un procédé de broyage dans lequel le minerai est combiné avec de l'eau pour former une suspension avant que la suspension soit introduite dans un broyeur. Au cours des années récentes, les procédés de broyage humide ont remplacé les procédés de broyage sec car le broyage humide réduit les coûts en énergie, permet de réduire la taille du broyeur du fait de sa plus faible consommation d'énergie, et aussi car le broyage humide permet de maîtriser la pollution du fait de la réduction des poussières de roche et autres particules en suspension dans l'air. Toutefois, les inconvénients associés au broyage humide comprennent les difficultés pour contrôler l'introduction de roches de taille excessive dans le broyeur, la consommation excessive d'eau et le surbroyage potentiel des roches plus tendres et plus poreuses. D est possible d'atténuer ou d'écarter tous ces problèmes en modifiant ou réduisant la viscosité de la suspension, car une viscosité réduite ou plus constante autorise un meilleur broyage en réduisant la proportion des particules de dimension excessive, un meilleur écoulement de la suspension dans le broyeur et un fonctionnement plus efficace des cyclones utilisés dans les procédés en circuit fermé. La viscosité réduite permet aussi d'utiliser un plus haut pourcentage de solides dans la suspension, ce qui conduit à une moindre consommation d'eau et à une évaporation d'eau réduite dans les procédés en aval. Par ailleurs, une réduction de la viscosité conduit aussi à un temps de séjour plus long dans le broyeur sans préjudice pour le pourcentage de solides et la distribution granulométrique. L'amélioration de la consistance et de la viscosité de la suspension augmente la consistance des particules obtenues pendant le procédé de broyage. En bref, la modification de la viscosité de la suspension conduit à un plus haut rendement et à une plus faible consommation d'énergie. Du fait que la formation d'une suspension occupe une place très importante dans le traitement des minerais, la réduction de la viscosité d'une telle suspension a également d'autres applications. Par exemple, de nombreux traitements du minerai en aval conduisent à la formation d'une suspension et à son transport. Ainsi, une réduction de la viscosité de la suspension réduit les coûts de pompage. Tandis que la réduction des coûts de pompage est importante dans une installation de traitement, la réduction des coûts de pompage est importante aussi aux endroits o le minerai est transporté de la mine à l'installation de traitement sous forme d'une suspension qui est pompée de la mine à l'installation de traitement. Souvent, la distance entre la mine et l'installation peut dépasser 50 km et ce trajet peut inclure des variations d'altitude sensibles. De ce fait, une modification de la rhéologie sous forme d'une réduction de la viscosité et d'une amélioration de la consistance des suspensions est importante dans les industries de traitement des minerais, et on dispose d'un certain nombre de modificateurs de rhéologie. Par exemple, les modificateurs de rhéologie fréquemment employés comprennent un homopolymère d'acide acrylique qui peut avoir une masse moléculaire située entre 5000 et 300 000 unités de masse atomique. Le terme "acide acrylique" utilisé ici englobe l'acide acrylique et ses différents sels, comme le sel de sodium, de potassium, d'ammonium, de calcium et d'autres acrylates semblables. Les polymères utilisés typiquement peuvent être sous forme de polymères sans solvant ou de polymères dilués dans l'eau. Bien que les modificateurs de rhéologie énumérés ci-dessus se soient révélés utiles pour réduire la viscosité, on recherche encore des modificateurs de rhéologie améliorés permettant d'obtenir une réduction améliorée ou équivalente de la viscosité à des doses et des coûts plus faibles. Pour répondre à ce besoin, la présente invention fournit un procédé pour modifier la rhéologie d'une suspension dans l'eau d'une matière solide contenant des minerais qui comprend l'étape d'addition à la suspension d'un polymère sulfoné de faible masse moléculaire. Le terme "addition à la suspension" tel qu'il est utilisé ici signifie l'addition pendant la préparation de la suspension ou pendant son traitement subséquent, par exemple pendant le pompage de la suspension pour le transport ou le traitement de la suspension afin d'extraire les minerais contenus. La matière solide contenant des minerais peut comprendre du minerai de nickel, du minerai de cobalt, des minerais de métaux précieux, du minerai de cuivre, de la taconite, des sables minéraux, du charbon, de la bauxite et leurs mélanges. Le polymère peut être un polyacrylamide sulfoné, un poly(acide acrylique) sulfoné ou un mélange de ces polymères. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "polyacrylamide sulfoné" comprend les homopolymères sulfonés d'acrylamide ou leurs homologues, et les copolymères sulfonés, y compris les terpolymères, d'acrylamide ou leurs homologues, avec l'acide acrylique ou ses homologues. Tel qu'il est utilisé ici, le terme "poly(acide acrylique) sulfoné" comprend les homopolymères sulfonés de l'acide acrylique ou leurs homologues. Le polymère peut comprendre de l'acrylamide ou de l'acrylamide substitué, de l'acide acrylique ou de l'acide acrylique substitué, et un groupe fonctionnel sulfonate. Le polymère peut comprendre de l'acrylamide, de l'acide acrylique et de l'acrylamidométhylsulfonate. Le polymère peut avoir une masse moléculaire située entre environ 2 000 et environ 20 000 unités de masse atomique. De préférence, le polymère comprend environ 3 à environ 40 mol% d'acrylamidométhylsulfonate, environ 5 à environ 45 mol% d'acrylamide et environ 30 à environ 70 mol% d'acide acrylique. De préférence encore, le polymère comprend environ 5 à environ 10 mol% d'acrylamidométhylsulfonate, environ 30 à environ 40 mol% d'acrylamide et environ 55 à environ 65 mol% d'acide acrylique. Ainsi, la présente invention fournit un procédé pour modifier la rhéologie d'une suspension dans l'eau d'une matière solide contenant des minerais qui comprend l'étape d'addition à la suspension, avant, pendant ou après la préparation de la suspension ou pendant son traitement subséquent, par exemple pendant le pompage de la suspension pour le transport ou le traitement de la suspension pour extraire les minerais contenus, d'un polymère sulfoné de faible masse moléculaire. Ainsi, l'invention fournit de manière avantageuse un modificateur de rhéologie amélioré pour les applications de type traitement des minerais, un procédé amélioré pour modifier la rhéologie des suspensions dans l'eau de matières solides contenant des minerais, un modificateur de rhéologie qui réduit la viscosité à des doses plus faibles que les modificateurs de rhéologie disponibles actuellement et une nouvelle utilisation des polymères acrylamide:acide acrylique sulfométhylés. D'autres objets et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée qui suit. Le polymère utilisé selon la présente invention est un polymère sulfoné de faible masse moléculaire, de préférence un polymère comprenant de l'acrylamide, de l'acide acrylique et de l'acrylamidométhylsulfonate. Il est entendu que le terme "sulfonate" englobe l'acide sulfonique et ses différents sels comme le sulfonate de sodium, de potassium, d'ammonium et de calcium. Ces polymères sulfonés sont bien connus et peuvent être préparés par un certain nombre de procédés connus qui comprennent la polymérisation de monomères vinyliques contenant un groupe fonctionnel sulfonate (c'est-à-dire sulfonate de vinyle, styrène sulfoné et AMPS (acide 2-acrylamido-2méthyl- propanesulfonique)). La préparation d'une grande variété de polymères sulfonés est possible par transamidation de polymères contenant des groupes fonctionnels amides latéraux tels que ceux décrits dans le brevet US n 4 703 092. Il est possible aussi de sulfoner des polymères d'acide acrylique ou d'acide méthacrylique par des procédés connus tels que ceux enseignés dans le brevet US n 4 795 789. Ces polymères sulfonés peuvent aussi contenir d'autres groupes fonctionnels susceptibles d'améliorer l'utilisation de ces polymères sulfonés dans le cadre de la présente invention. Plus spécifiquement, le polymère peut comprendre un squelette d'acrylamide et d'acide acrylique qui a été sulfométhylé de manière que le polymère comprenne également de l'acrylamidométhylsulfonate. La teneur en acrylamidométhylsulfonate peut être située entre environ 3 et environ 40 mol%, de préférence encore entre environ 5 et environ 10 mol%. La teneur en acrylamide peut être située entre environ 5 et environ 45 mol%, de préférence encore entre environ 30 et environ 40 mol% et la teneur en acide acrylique peut être située entre environ 30 et environ 70 mol% et de préférence encore entre environ 55 et environ 65 mol%. La forme commerciale du polymère que l'on préfèere est commercialisée sous la marque déposée PRIMS LL par la société Nalco Chemical Company de Naperville, Illinois, USA. Le polymère peut être ajouté à une suspension quelconque de traitement des minerais ou lors de la formation initiale d'une telle suspension. Par exemple, le polymère peut être ajouté au cours d'un procédé de broyage humide ou bien encore pendant tous les traitements subséquents d'une suspension. Comme on l'a indiqué ci-dessus, l'utilisation du polymère pour modifier la rhéologie et réduire la viscosité d'une telle suspension est avantageuse quand le minerai est transporté sous forme d'une suspension par pompage. Les performances du polymère utilisé dans le procédé selon la présente invention ont été comparées à celles d'autres modificateurs de rhéologie disponibles actuellement et se sont révélées supérieures. Par exemple, dans le tableau I ci-dessous, un polymère utilisé dans le procédé selon la présente invention (polymère C) a été comparé avec un homopolymère d'acrylate d'ammonium (polymère A) et avec l'homopolymère poly(acide acrylique) (polymère B). La masse moléculaire du polymère A est située entre 5 000 et 100000unités de masse atomique et la masse moléculaire du polymère B est située entre 10 000 et 300000 unités de masse atomique. Les doses sont comprises entre 30 g et 200 g de polymère actif par tonne de matière solide en suspension. La contrainte d'écoulement a été mesurée en pascals et dynes par centimètre carré au moyen d'un viscosimètre Brookfield Engineering Laboratories, Rheocalc Vi.1 et d'un système d'acquisition et de traitement des données assisté par ordinateur. Une broche LZ3 a été utilisée avec le programme de rotation suivant: incrément de vitesse de 20 tr/min, intervalles de montée de la vitesse de s, vitesse fixée de 10 tr/min et vitesse d'attente de 250 tr/min. La température a été maintenue à -3 C (80 F). La matière évaluée dans le tableau I est une suspension de minerai de nickel de type latérite provenant d'Australie Occidentale. La suspension testée était composée de latérites de type saprolite et limonite avec une surcharge et contenait 43 % de solides. Plus la contrainte d'écoulement est basse, plus le polymère est efficace pour réduire la viscosité de la suspension. TABLEAU I Dose (g/t) A 10'- Pa B 10 l Pa C 10- Pa (dynes/cm2) (dynes/cm2) (dynes/cm2) 0 330 330 330 310 390 250 360 375 230 260 255 210 De même, dans le tableau II ci-dessous, un polymère selon la présente invention (polymère C) a été comparé avec les polymères A et B décrits ci-dessus ainsi qu'avec un mélange 50:50 d'eau et d'homopolymère B (mélange désigné par polymère D). La matière évaluée dans le tableau II était une suspension de minerai de type latérite "calcrete" utilisé pour les réactions de neutralisation dans le traitement du nickel extrait de la latérite. La suspension de minerai avait une teneur en solides de 56 %. Dans ce cas également, le polymère C s'est révélé supérieur pour réduire la contrainte d'écoulement. Par ailleurs, on notera d'après les tableaux I et II que le polymère C, à une dose égale à 40 à 50 % des doses des polymères A, B et D, est encore le plus efficace pour réduire la contrainte d'écoulement. Ainsi, il est possible d'utiliser le polymère C à des doses plus faibles pour obtenir une réduction plus efficace de la viscosité qu'avec des doses plus importantes des polymères A, B et D. Le polymère modifiant la rhéologie peut être ajouté à la suspension ou à l'eau utilisée pour former une suspension dans un broyeur à boulets, un cyclone, un produit épaissi provenant d'un épaississeur et un épaississeur d'alimentation ainsi que dans les applications de mélange. Le polymère modifiant la rhéologie peut être utilisé pour le traitement des minerais de nickel, de cobalt, de métaux précieux, de cuivre, de la taconite, des sables minéraux, du charbon et de la bauxite, et de leurs mélanges. TABLEAU II Dose (g/t) A 10- Pa B 10-i Pa C 10- Pa D 10-' Pa (dynes/cm2) (dynes/cm2) (dynes/cm2) (dynes/cm2) 0 234 234 234 234 166 141 250 122 300 165 106 400 191 148 500 133 600 126 700 147 113 900 161 1100 140 1300 106 REVENDICATIONS 1. Procédé pour modifier la rhéologie d'une suspension dans l'eau d'une matière solide contenant des minerais o la matière solide contenant des minerais est un minerai de nickel, un minerai de cobalt, un minerai de métaux précieux, un minerai de cuivre, de la taconite, des sables minéraux, du charbon, de la bauxite ou un mélange de ceux-ci, caractérisé en ce qu'il comprend l'addition à la suspension d'un polymère sulfoné de faible masse moléculaire. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le polymère est choisi dans le groupe consistant en un polyacrylamide sulfoné, un poly(acide acrylique) sulfoné et un mélange de ceux-ci. 3. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 et 2, caractérisé en ce que le polymère comprend de l'acrylamide ou de l'acrylamide substitué, de l'acide acrylique ou de l'acide acrylique substitué et un groupe fonctionnel sulfonate. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère comprend de l'acrylamide, de l'acide acrylique et de l'acrylamidométhylsulfonate. 5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère a une masse moléculaire d'environ 2 000 à environ 20 000. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que le polymère comprend environ 3 à environ 40 mol% d'acrylamidométhylsulfonate, environ 5 à environ 45 mol% d'acrylamide et environ 30 à environ 70 mol% d'acide acrylique. 7. Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce que le polymère comprend environ 5 à environ 10 mol% d'acrylamidométhylsulfonate, environ 30 à environ 40 mol% d'acrylamide et environ 55 à environ 65 mol% d'acide acrylique.