Avec le développement de l’industrie et le progrès de la société, les domaines d’application du graphite ne cessent de s’étendre, et les exigences en matière de graphite dans les différentes industries sont de plus en plus élevées. Cependant, la teneur en carbone fixe du minerai de graphite naturel est généralement faible ; celle du minerai brut de graphite lamellaire est de 3 à 5 %, et n’atteint que 20 à 25 % au maximum. La teneur en carbone fixe du minerai de graphite cryptocristallin est généralement de 60 à 80 %. En raison de cette faible teneur en carbone fixe des minerais bruts, un enrichissement et une purification sont généralement nécessaires pour augmenter leur teneur en carbone fixe et répondre aux exigences des applications industrielles. Les principales méthodes d’enrichissement du graphite comprennent la flottation, la séparation par gravité et la séparation électrostatique.
Qu'est-ce que le minerai de graphite?
Le graphite est un minéral cristallin composé de carbone. Il possède d’excellentes propriétés telles que la lubrification, la stabilité chimique, la résistance aux hautes températures, la conductivité électrique, une conductivité thermique particulière, la plasticité et l’aptitude au revêtement. Ses domaines d’application sont très vastes. Selon sa forme cristalline, le graphite est généralement classé en deux catégories:
Types de minerai de graphite
1. Graphite cristallin (ou lamellaire):
graphite en paillettes et en blocs (ou cristallin dense) avec un diamètre de cristal supérieur à 1 micron. La teneur du minerai est généralement faible et il ne peut être utilisé dans l’industrie qu’après enrichissement. Il est cependant de bonne qualité et polyvalent.
2. Graphite cryptocristallin (ou amorphe, terreux):
Le diamètre des cristaux est inférieur à 1 micron, et il est difficile d’observer les agrégats de graphite dense sous forme cristalline au microscope. En raison de la faible sélectivité du minerai, l’industrie exige une teneur plus élevée en minerai brut afin de pouvoir le broyer directement en poudre. Ses performances industrielles sont inférieures à celles du graphite cristallin.
Méthode de flottation du minerai de graphite
Le graphite possède une bonne flottabilité et une bonne hydrophobicité naturelles ; la plupart des usines de concentration utilisent donc la méthode de flottation pour purifier le minerai de graphite. Cette méthode consiste à ajouter une série de réactifs de flottation pour enrichir le minerai de graphite sélectionné à l’interface gaz-liquide et ainsi séparer les impuretés des minéraux.
Flottation du graphite cristallin
Le graphite lamellaire présente une bonne flottabilité naturelle et une faible densité, ce qui facilite la flottation du graphite lamellaire à gros grains. Le kérosène et le gazole peuvent être utilisés comme collecteurs de flottation, et l’huile d’alcool de pin est couramment utilisée comme agent moussant. La plupart des minerais de graphite lamellaire contiennent des minéraux de gangue tels que la calcite et la pyrite, et il est nécessaire d’ajouter des inhibiteurs comme la chaux et le silicate de sodium. Pour les schistes carbonés, l’amidon, l’acide lignosulfonique, etc., peuvent être ajoutés comme inhibiteurs. Les métaux rares tels que le vanadium contenus dans le minerai de graphite doivent être récupérés afin d’améliorer la rentabilité économique.
Flottation par étapes : Afin de préserver l’intégrité des paillettes, un procédé de broyage et de flottation par étapes est utilisé. Un dégrossissage est effectué après un broyage grossier pour obtenir un concentré brut et des résidus, puis le concentré brut est broyé et affiné à plusieurs reprises.
Sélections multiples: Le concentré brut obtenu par dégrossissage a une faible teneur, tandis que les produits de graphite nécessitent généralement une teneur en carbone fixe supérieure à 85 %, ce qui impose des sélections multiples.
Flottation du graphite cryptocristallin:
Le graphite cryptocristallin présente une faible flottabilité naturelle et une teneur élevée en minerai brut, pouvant atteindre plus de 70 à 80 %. Cependant, les particules de graphite sont étroitement imbriquées dans l’argile, ce qui rend leur séparation difficile. Il s’agit d’un minerai difficile à traiter. En production industrielle, la teneur du concentré de graphite cryptocristallin peut être augmentée à plus de 80 % par broyage et flottation, mais il est difficile d’atteindre 90 %. Même en augmentant le nombre de broyages, la teneur du concentré ne s’améliore pas significativement. La flottation du graphite cryptocristallin ne permet qu’un enrichissement approximatif; les concentrés et les résidus peuvent donc être vendus séparément comme produits de différentes qualités. La flottation du graphite cryptocristallin se caractérise par une grande quantité de collecteur de flottation, une vitesse de flottation lente, un faible taux de récupération du concentré et une teneur élevée en résidus.
Certains chercheurs en traitement des minerais ont comparé différentes méthodes et constaté que l’utilisation d’une colonne de flottation pour l’enrichissement du graphite cryptocristallin permet d’obtenir de meilleurs résultats.
Précautions d’utilisation de la machine de flottation du graphite
L’enrichissement du graphite utilise généralement la méthode de flottation par machine, avec un agent collecteur à base d’huile neutre. Les points suivants doivent être pris en compte pendant le machine de flottation:
(1) Déterminer d’abord le type de minerai de graphite. Le minerai de graphite est divisé en graphite lamellaire et graphite cryptocristallin. Le graphite lamellaire se caractérise par des cristaux en forme de lamelles ou de feuilles. La teneur du minerai brut est généralement faible, de 3 % à 5 %, et ne dépasse pas 20 % à 25 %. Ce type de graphite présente une bonne flottabilité et, après flottation, sa teneur peut atteindre plus de 90 %. Par conséquent, un minerai brut d’une teneur de 2 % à 3 % peut être exploité. Le graphite lamellaire possède d’excellentes propriétés et est généralement utilisé pour la fabrication de produits en carbone de haute qualité.
Le graphite cryptocristallin est également connu sous le nom de graphite amorphe. Les cristaux de ce minerai sont petits, généralement inférieurs à 1 µm, sa surface est terreuse, sans éclat, et ses performances industrielles ne sont pas comparables à celles du graphite lamellaire. La teneur du minerai brut de ce type de graphite est relativement élevée, généralement de 60 % à 80 %, mais sa flottabilité est très faible. Après flottation, la teneur ne sera pas significativement améliorée. Par conséquent, le minerai brut d’une teneur inférieure à 65 % n’est généralement pas exploité. Un minerai dont la teneur est comprise entre 65 % et 80 % peut être utilisé après sélection. Ainsi, pour le minerai de graphite, il ne faut pas seulement considérer la teneur du minerai brut, mais d’abord déterminer son type, puis décider d’adopter ou non un procédé de flottation.
(2) Exigences élevées en matière de qualité du produit. Les produits à base de graphite ont des exigences de teneur élevées. Par exemple, le graphite lamellaire ordinaire nécessite une teneur supérieure à 89 %, et le graphite pour crayons une teneur de 89 % à 98 %. Certains graphites pour applications électriques nécessitent une teneur de 99 %. Afin d’obtenir un concentré de graphite de haute qualité, le processus de flottation du graphite comprend généralement plusieurs étapes de sélection.
(3) Veiller à protéger les grandes lamelles pendant le processus de sélection. Le graphite à grandes lamelles a un large éventail d’utilisations, des ressources limitées et une valeur élevée. Il est donc essentiel de veiller à ce que les grandes lamelles ne soient pas brisées pendant la production. Généralement, les paillettes de grande taille correspondent à du graphite en paillettes de +50 mesh, +80 mesh ou +100 mesh. Pour préserver ces grandes paillettes, on utilise des procédés de broyage et de tri en plusieurs étapes. Le graphite monomère obtenu après chaque broyage est trié immédiatement. Si le minerai est broyé en une seule fois jusqu’à obtenir une granulométrie très fine, les grandes paillettes sont détruites.
Méthode de séparation par gravité du graphite
La séparation par gravité du graphite est principalement utilisée pour le prétraitement du minerai de graphite, afin de séparer les minéraux lourds, d’éliminer les stériles et d’enrichir initialement le graphite. La flottation est ensuite employée pour augmenter davantage la teneur en carbone fixe du graphite. Lorsque le minerai contient une proportion importante de pyrite, de limonite, de grenat, de rutile, de trémolite, de diopside et d’autres minéraux lourds, la séparation par gravité permet un enrichissement préliminaire. On obtient ainsi un concentré brut de graphite, qui est ensuite enrichi par flottation. Par conséquent, la séparation par gravité n’est utilisée que pour le prétraitement et l’enrichissement du graphite. Dans la pratique, elle est généralement utilisée en combinaison avec la flottation et son utilisation seule est rare de nos jours.
Méthode de séparation électrique du minerai de graphite
L’électroséparation est une méthode de valorisation physique qui utilise les différentes propriétés électriques des minéraux et des matériaux pour les séparer. Dans le cas du minerai de graphite, le graphite présente une bonne conductivité électrique, tandis que les minéraux de gangue (tels que le feldspath, le quartz, la pyrite, etc.) ont une faible conductivité électrique. Les autres minéraux sont ainsi séparés.
Comme le graphite possède une bonne conductivité électrique et que les minéraux qui lui sont associés, tels que le quartz, le feldspath, le mica et d’autres minéraux, ont une faible conductivité électrique, la différence de conductivité électrique entre le graphite et les minéraux de gangue est importante. Par conséquent, l’électroséparation peut être utilisée pour séparer le graphite de la gangue, mais son utilisation est limitée en raison de sa faible capacité de traitement et de son faible rendement.
Actuellement, de nombreuses usines d’enrichissement du graphite utilisent la méthode de flottation, combinant broyage et séparation par étapes, pour récupérer le graphite cristallin et obtenir des indicateurs techniques optimaux et des avantages économiques considérables. La technologie de flottation est le procédé de récupération le plus performant et le plus fiable pour l’exploitation minière du graphite. Elle contribue ainsi au développement et à l’utilisation de l’industrie du graphite et favorise le développement de la transformation en aval.