Traitement des minerais_ JDO_2014

Les différents types de traitement
des minerais d’or
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Orpailleurs (XVIe siècle)
Gravure d'après Georg Bauer dit Agricola (1494-1555) à qui l'on doit le "De Re Metallica",
une somme sur les connaissances du temps en matière de métallurgie et d'art minier.
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Quelques définitions
Qu’est-ce qu’un minerai ?
C’est une roche contenant des minéraux ou des métaux utiles en proportion suffisamment
intéressante pour justifier l'exploitation. Exemples : La bauxite = minerai d’aluminium, la magnétite
= minerai de fer…
Qu’est-ce qu’un minéral ?
Solide naturel homogène, généralement inorganique, possédant une composition chimique définie
et une structure atomique ordonnée. Exemples : la pyrite = sulfure de fer, la galène sulfure de
plomb…
Qu’est-ce qu’un métal ?
Les métaux sont des matériaux qui ont en commun certaines propriétés comme la conduction
électrique, la conduction thermique, la ductilité (ils sont malléables), la réflexion de la lumière
notamment. Exemples : le fer, le cuivre, le plomb, l’aluminium, l’or…
Qu’est-ce que le traitement des minerais ?
Le traitement des minerais (appelée minéralurgie) ce sont les méthodes mises en œuvre pour
séparer les minéraux ou le métaux de la roche encaissante afin de permettre leur récupération et
leur valorisation.
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Quelques définitions
Un procédé minéralurgique comporte grossièrement deux étapes successives :
- la préparation mécanique (fragmentation), composée d'un stade de concassage suivi d’un stade de
broyage plus ou moins fin ; ces opérations s’effectuent en plusieurs étapes, avec des criblages
intermédiaires visant selon le cas à éliminer une partie (stérile) du minerai ou à recycler vers l'amont
les plus grosses particules ;
-la séparation proprement dite des phases minérales intéressantes et de la roche encaissante stérile ;
on peut utiliser des méthodes purement physiques (magnétiques, gravimétriques, optiques,
électrostatiques, etc.), physico-chimiques (flottation, lixiviation, etc.), biochimiques (action de
bactéries), ou chimique (grillage, solubilité).
Le concentré obtenu fait souvent l'objet d'un conditionnement final avant d'être envoyé vers la
métallurgie
Minerai d’or brut
Concentré de table à secousses
Lingots d’or
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Les minerais d’or
L'or se présente souvent sous forme natif c’est-à-dire qu’il est constitué d'or quasi pur. Il peut
être disséminé en particules de plus ou moins grandes dimensions (quelques microns à quelques
millimètres) dans la roche encaissante (en Guyane c’est souvent du quartz – SiO2) où être un
accompagnateur d’autres types de minerais (minerais d’arsenic, de cuivre, d’antimoine…)
Or natif dans un quartz (Guyane)
Pyrite et Pyrrhotite aurifère (Maroc)
Mispickel aurifère (Salsigne – Aude)
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Quelques propriétés de l’or
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Les différents types de
gisements
Or primaire : C’est l’or inclus dans les
filons ou dans les roches en place qui
constituent les reliefs de Guyane
Or secondaire ou alluvionnaire : C’est l’or qui s’est libéré des
roches et filons en place lors des différentes phases d’érosion et
qui est venu se déposer dans les graviers des fonds de rivières en
formant ainsi ce que l’on appelle les « placers »
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Mine d’or et typologies de
traitements
•Minerais ou l’or est libre et grossier (alluvions; éluvions; filonien oxydé)
- traitements physiques et physico-chimiques
- particules > 200 µm
- gravimétrique (de base : jig, sluice, tables)
- particules < 200 µm
- gravimétrique (base améliorée + centrifuge)
- flottation => hydro et pyrométallurgie
•Minerais ou l’or est libre mais finement disséminé (<< 50µm) ou inclus dans un
autre minéral (pyrite; arsénopyrite; zone sulfurée)
- traitement physique et physico-chimiques
- gravimétrique de pré-concentration (centrifuge)
- flottation
- traitements chimiques
- pré-traitement par bio-métallurgie ou voie thermique
- hydrométallurgie (cyanure; thyourée…)
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Procédés gravimétriques
Les procédés de traitement gravimétriques s’appuient sur une des propriétés physique de l’or, sa
densité. Ces procédés consistent donc à travailler sur la différence de densité entre l’or (densité
19,3) et les autres minéraux qui l’accompagnent pour les séparer.
Deux cas de figure se présentent en fonction des types de gisements que nous venons de voir.
Soit le gisement est de type alluvial, éluvial ou de type filonien très oxydé au quel cas l’or est libéré
et se présente sous la forme de paillettes, de grains ou de pépites. Dans ce cas il n’y a pas de
préparation mécanique préalable, autre que le débourbage du minerai et le traitement
gravimétrique s’applique directement sur le gravier aurifère.
Soit le gisement est primaire, en roche meuble, altérée ou plus ou moins dure et compacte et dans
ce cas il faudra faire subir au minerai une préparation mécanique destinée à libérer l’or contenu
dans la roche (concassage, broyage, cyclonage).
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Typologie des appareils de
concentration gravimétrique en milieu
humide
Différents principes de fonctionnement => gamme de travail
- Couche lamellaire (sluice, cône, spirale)
- phénomène de saltation
- Stratification (jigs)
- accélération différentielle pulsion/succion
- Secousse (table à secousses..)
- accélérations différentielles et couches
- Effet centrifuge (bol centrifuge)
- accélération radiale variable jusqu’à 300G
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Les équipements de concentration
gravimétrique : Le Sluice
Alimentation
de la pulpe
Accumulation des lourds
en fond de riffle
Agricola 1555
Utilisation des peaux de
chèvres comme tapis
Débit d'eau
en m3/h
8 – 10
25
60 – 90
125
Largeur du sluice
en m
0.60
0.90
1.00
1.50
Débit de gravier
en m3/h
0.3 – 0.4
0.9
2.5 – 3.0
4.5
Support métallique ou bois
avec tapis + métal déployé
sur lequel repose les riffles
Evacuation des
légers
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Les équipements de concentration
gravimétrique : Le Sluice
Quelques exemples de
sluices des années
passées
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Les équipements de concentration
gravimétrique : Le Sluice
Quelques exemples de
sluices utilisés sur les
exploitations
alluvionnaires de
Guyane de nos jours
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Les équipements de concentration
gravimétrique : Le Jig
Alimentation
de la pulpe
Rejets (légers)
eau de procédé
Typologie des jigs
Concentrés (lourds)
• à grille mobile (sg-Hancock)
• à grille fixe
- piston (sg-Harz)
- diaphragme (sg-Bendelari/Ruoss)
(tg-Denver/Wemco/Yuba/
Richards/PanAm ’s/IHC)
- pneumatique pulsatoire (tg-Batac)
sg = recueil des concentrés sur la grille
tg = les concentrés traversent la grille
Les capacités varient de 5 à 30 Tms/h par m² de grille
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Les équipements de concentration
gravimétrique : Le Jig
Quelques exemples
de Jigs
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Les équipements de concentration
gravimétrique : La Spirale
Les spirales
eau
Alimentation
de la pulpe
Zone des légers
Zone des mixtes
Zone des Lourds
Evacuation des
lourds à
chaque
1/2 tour
Evacuation
des légers
Lavage
Evacuation
des Lourds
Sortie des
concentrés
Coupe de la spirale
Spirale triple
Roche Mining
Matériel rustique sans pièces tournantes
capacité maximale unitaire # 6 Ts/h à Cs%=25-35
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Les équipements de concentration
gravimétrique : Les concentrateurs
Alimentation
de la pulpe
Système de séparation des
particules à la base des riffles
Eau de procédé
(fluidisation-lavage)
Rotation
de l ’axe
Evacuation axiale
des concentrés
Bol à évacuation continue
=> préconcentration
séquentielle => concentration
Cs% # 30%
capacité de 5 kg/h à 1 t/h en concentration
1 à 1000 t/h en préconcentration
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Les équipements de concentration
gravimétrique : Les concentrateurs
Quelques exemples de concentrateurs gravimétriques : KNELSON, FALCON, SILSAN
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Les équipements de concentration
gravimétrique : Les tables à secousses
Alimentation
de la pulpe
Eau procédé
Sortie des
Concentrés
lourds
Sortie des
mixtes
Sortie des
rejets légers
Table à secousses Holman-Wilfley
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Les équipements de concentration
gravimétrique : Les tables à secousses
Quelques exemples de tables à secousses et de tables à vagues
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Conclusion sur les procédés
gravimétriques
- Nécessitent que l’or soit libre ou libéré par broyage
- Fonctionnent mal pour les particules d’or très fines ≤ 10 µm
Mode de séparation Equipements
Stratification
Lamellaire
Secousse
Centrifuge
Décantation entravée
Air sec
jig conventionnel
jig circulaire
jig centrifuge
sluice
sluice pulsé
couloir
cône Reichert
sluice pincé
spirale
table à secousses
table orbitale
courroie rainurée
bol centrifuge
séparateur densimétrique
jig pneumatique
table pneumatique
Gamme de fonctionnement en mm
minimum
maximum
Besoin en eau Capacité
0.100
100
100
0.050
0.020
2
0.150
0.100
0.150
2
1.5
1.5
2
2
0.050
0.050
0.030
0.020
0.010
0.010
0.010
0.070
0.030
1.7
0.6
0.070
0.150
0.250
6
important
important
important
10
important
10
important
important
faible
faible
moyen
moyen
important
important
très important
moyen
25
nul
nul
inspiré de Laplante
moyenne
grande
moyenne
moyenne
moyenne
faible
grande
moyenne
moyenne
moyenne
faible
faible
grande
grande
moyenne
faible
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Les procédés physico-chimiques :
la flottation
La flottation est une technique de séparation fondée sur des différences d’hydrophobicité des
surfaces des particules à séparer. Elle est utilisée en minéralurgie.
Procédé de séparation d'un mélange de corps finement broyés, utilisant la propriété qu'ont
certaines substances en milieu aqueux de fixer des bulles d'air, acquérant ainsi une densité
artificiellement réduite.
Les minéraux hydrophobes s'accrochent spontanément aux bulles d'air contenues dans un
bain liquide et tendent à remonter à la surface, les minéraux hydrophiles tombent au fond du
bain. La flottation utilise cette propriété en activant les caractères hydrophobes (grâce à des
collecteurs) et hydrophiles (grâce à des déprimants). La séparation de la gangue et des
minéraux est réalisée dans des cellules de flottation, grands bacs de plusieurs m3 où l'on
introduit la pulpe, mélange d'eau et des produits à séparer préalablement broyés à 100 ou
200 μm. Une agitation est entretenue pour maintenir les particules en suspension et des
produits moussants (huile de pin, alcools, acide crésylique) favorisent la formation de bulles
d'air. La mousse enrichie en minéral hydrophobe est évacuée par débordement. La flottation
est utilisée industriellement pour concentrer les minerais de nombreuses substances
minérales, métalliques ou non, particulièrement les minerais sulfurés, mais aussi les
charbons, les phosphates, la fluorine, etc.
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Les procédés physico-chimiques :
la flottation
Principe de la flottation
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Les procédés physico-chimiques :
la flottation
Exemple d’usines de flottation
25
Conclusions sur la flottation
Les procédés de traitement par flottation :
- Nécessitent un broyage du minerai assez fin entre 100 et 200 µm ;
- Nécessitent l’utilisation de matériel spécifique et une bonne connaissance et
maitrise dans les techniques de la flottation (utilisation des collecteurs, des
moussants, des activants, des déprimants, des dispersants…) ;
- Permettent de concentrer les teneurs initiales (on passe de quelques g/t à
quelques milliers de g/t) ;
- Mais ce concentré requière un traitement postérieur afin de récupérer le métal à
valoriser car la flottation conduit à l’obtention de concentrés riches en différents
éléments (or, cuivre, fer etc.) qu’il faudra traiter ultérieurement par d’autres
méthodes.
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Les procédés hydrométalurgiques :
La cyanuration
L'extraction hydrométallurgique par cyanuration : inventée en 1888, est le procédé le plus utilisé
(environ 80 % de la production mondiale).
Le minerai broyé (< 0,1 mm) est traité par une solution diluée de cyanure de sodium en milieu basique
(pH > 10) et en présence d’oxygène :
4 Au + 8 CN- + O2 + 2 H2O –––> 4 Au(CN)2- + 4 OHLa solution contenant le complexe aurocyanure peut être traitée par cémentation (procédé MerrillCrowe) par du zinc, mais de plus en plus, la fixation de l'or sur charbon actif est utilisée.
Une tonne de charbon actif peut adsorber 70 kg d'or. La solution d'ions aurocyanures et la pulpe ne sont
pas séparés et passent dans des cuves contenant le charbon actif. Le temps de contact charbon-pulpe
est de l'ordre de 1 h, le temps de séjour du charbon de plusieurs jours. L'or est récupéré en traitant le
charbon par une solution chaude (70°C) à 1 % de soude et 0,1 % de NaCN.
Le charbon est recyclé après chauffage à 600-750°C, à l'abri de l'air.
L'or est récupéré par électrolyse. Il se dépose sur une cathode en laine de fer, puis est fondu. L'or
obtenu est de haute pureté.
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Les procédés hydrométalurgiques :
La cyanuration
 Procédés de cyanuration
 Cyanuration dynamique
o Par agitation
•
•
•
•
Agitateur
Broyeur
Agitateur type Wallace
Pachuca
 Lixiviation statique
o Cyanuration en tas
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La cyanuration dynamique en cuve
 Lixiviation dynamique Par agitation
Broyeur
à boulets
Agitateur
Agitateur
type
Wallace
Pachuca
Conditions :
d80 : 150…45 µm
% solides : 35…50 %
pH : 9,5…11,5
Injection d'air
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La cyanuration dynamique en cuve
Quelques exemples de cyanuration en cuve agitée
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La lixiviation en tas
 Lixiviation statique Cyanuration en tas
Conditions :
Tas de 5…15 m
pH : 9,5…11,5
Cinétique : f(porosité)
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La lixiviation en tas
Quelques exemples de lixiviation en tas
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La lixiviation en tas : l’exemple de la
mine de Changement (Guyane)
En 1985 est mis en exploitation le gisement de Changement, situé à proximité de CACAO, duquel est extrait l’or de
la zone oxydée par le procédé de lixiviation en tas (cyanuration) alors inédit en Guyane. Le traitement du minerai
de Changement par lixiviation en tas sera opérationnel de 1988 à 1997, date de la fermeture de la mine en raison
de l’épuisement des réserves.
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Conclusions sur la cyanuration
Paramètre
Méthode de cyanuration
Statique
En tas
Dynamique
Par agitation
Teneur Au (g/t)
Faible
Élevée
Tonnage (t)
5 000 à 2 000 000
Élevé
Investissement
Moyen
Élevé
Granulométrie
Concassage
Broyage fin
Concentration NaCN
0,5…1,0 g/l
0,5…1,0 g/l
Débit solution
0,1…1,0 l/m2/min
Variable
Rendement Au
50…75 %
90…99 %
Durée opération
Semaines
Heures … jours
Teneur solution
Diluées (0,3…3,4 mg Au/l)
Concentrées
Procédé récup. Au
Principaux problèmes
Merrill-Crowe, CIC
Récupération incomplète
Surfaces importantes
Surfaces imperméables
Tuyauteries
Présence de fines
Précipitations
Évaporation
Solutions diluées
Merrill-Crowe, CIP, CIL
Broyage
Lavage contre-courant
Décantation / filtration
Investissement élevé
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Conclusions sur la cyanuration
 Procédé parfaitement maîtrisé moyennant précautions d'usage
 Technologie très utilisée y compris par des mineurs artisanaux
 Diversité de procédés permettant de s'adapter au minerai
 Nécessité d'optimiser les conditions opératoires (essais laboratoire)
 Obligation de gérer les effluents avant élimination (destruction cyanure)
 Meilleure gestion des ressources naturelles et rentabilité accrue
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Lixiviants alternatifs au cyanure
Parmi les procédés alternatifs à la cyanuration étudiés, trois ont fait l’objet d’études et de
recherches approfondies :
Thiourée:
NH2CSNH2,
réaction anodique : Au+2CS(NH2)2= Au(CS(NH2)2)+2+epH 1-2 H2SO4; Eh +150 à 250mV; lix 1%; lix 2 kg/t; Cin <0,5h
Thiosulfate: S2O322Au+0,5O2 +4S2O32- + H2O = 2Au(S2O3)23- + 2OHpH 9; lix élevé
Thiocyanate: SCNAu + 2SCN- = Au(SCN)2- + epH 1-3
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Lixiviants alternatifs au cyanure
37
Lixiviants alternatifs au cyanure
x 12 à 32
x2à3
x 24 à 54
NB: avec rendements d’extraction non comparables
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Conclusion sur les lixiviants
alternatifs au cyanure
A ce jour, il n’existe encore pas d’alternative industrielle à l’utilisation du
cyanure pour solubiliser l’or; que ce soit en termes de :
- coût,
- simplicité d’emploi,
- connaissance du produit,
- rendement d’extraction,
- facilité à le détruire.
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Conclusion générale
Pour les traitements des minerais d’or il existe globalement trois grands types de procédés de
traitement
1 – Les procédés gravimétriques sur minerais alluvionnaires ou primaires. Ce sont les seuls utilisés
actuellement en Guyane. Ils ont des performances limitées car ils ne concernent que l’or libre ou
libéré, de granulométrie suffisamment importante pour donner de bons résultats en fonction des
appareillages utilisés. Ils ne permettent que très rarement d’obtenir des bons rendements (pour les
minerais primaires ≤ 50 %)
2 – La flottation. Elle s’adresse aux minerais primaires oxydés ou sulfurés. Elle nécessite un broyage
assez fin (100 à 200 µm) et une bonne maitrise du procédé. Dans tous les cas elle ne permet
d’obtenir qu’un concentré enrichit qui devra subir un traitement ultérieur (souvent une
cyanuration).
3 – La cyanuration. C’est de loin le procédé le plus répandu dans le monde pour le traitement des
minerais d’or. En 2000 sur 875 mines d’or en activité 460 utilisaient le cyanure soit 47%. La
cyanuration permet de récupérer l’or très fin avec des taux de récupération élevés (souvent
supérieurs à 90 %). Deux méthodes dominent, la cyanuration dynamique en cuve agitée et la
lixiviation en tas (statique) qui a été utilisée de 1987 à 1997 sur la mine de Changement (Guyane).
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Les différents types de traitement
des minerais d’or
Nous vous remercions de
votre attention
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