La lixiviation : Techniques de séparation et Types - WikiMemoires

La lixiviation : Techniques de séparation et Types


La lixiviation : Techniques de séparation et Types
Partie I : Partie bibliographique
Chapitre I. Aperçu général sur la lixiviation et la décantation
I.1. Généralités sur la lixiviation
I.1.1.Introduction
La lixiviation est une opération qui consiste en une mise en solution sélective des minéraux valorisables contenus dans un minerai à l’aide d’un solvant bien approprié.
Elle est une opération la plus importante de l’hydrométallurgie ayant pour but de dissoudre au moyen d’un solvant adéquat afin de récupérer les métaux valorisables de la manière la plus sélective possible. La lixiviation est un procédé chimique destructif. (Brierley J, 2001)
I.1.2. Techniques de lixiviation (Blazy P, 1979)
La lixiviation peut être réalisée des différentes manières en fonction des critères tels que les conditions opératoires ou encore les coûts d’investissements.

a) Lixiviation en réacteur agité

Cette technique est la plus employée dans le cadre du traitement des minerais riches ou des déchets. Elle peut être réalisée en continue ou en discontinue, un contre-courant à plusieurs étages peut aussi être mis en place. Le solide, sous forme pulvérulente, est mis en suspension dans la solution de lixiviation.
La densité de la pulpe est fonction du solide traité, du type de solution employée et de l’agitation (cette dernière permet d’accélérer les phénomènes de transfert et de diminuer le temps de séjour).
Différents moyens d’agitation sont employés : agitation mécanique par le biais d’agitateurs ou de turbines ; agitation par barbotage d’air comprimé (idéale quand un apport d’air est nécessaire à la réaction) ; agitation mixte mécanique combinée à l’insufflation d’air comprimé.

b) Lixiviation en autoclave

Cette technique est aussi couramment employée ; elle permet de travailler à une température d’ébullition supérieure à celle obtenue à pression atmosphérique, ce qui a pour effet d’améliorer la cinétique, les phénomènes de transfert ainsi que la filtrabilité du résidu.
Les autoclaves doivent pouvoir résister aux conditions de température et de pression qui peuvent atteindre plus de 200 °C et plusieurs Méga-Pascals.
Leur conception en acier inoxydable, en titane ou en alliages spéciaux leur permet de résister à la corrosion.
Exemple : la lixiviation en autoclave est employée pour le traitement de l’aluminium par la soude à 230 °C sous une pression de 3,3 MPa, du sulfure de nickel par l’ammoniac, du sulfure de zinc par l’acide sulfurique en présence d’oxygène.

c) Lixiviation in situ

Cette technique est essentiellement employée pour le traitement des minerais de cuivre à très basse teneur en cuivre. Elle s’applique directement au minerai en place sans opération d’extraction ou de transport.
Pour cela, il est nécessaire que le minerai soit très fragmenté pour assurer une surface de contact importante et qu’il soit isolé du réseau hydrographique pour empêcher toute contamination de ce dernier. Elle consiste en un arrosage à l’eau en présence d’air ; il se produit alors une oxydation de la pyrite (FeS2) qui forme du sulfate ferrique qui oxyde CuS en sulfate de cuivre.
Ces réactions sont très lentes (plusieurs mois, voire plusieurs années) ; la solution est ensuite pompée en fond de la mine.
Des lixiviations bactériennes in situ peuvent aussi avoir lieu avec le cuivre. Ce type de réaction est parfois involontaire et rend alors nécessaire le traitement des eaux d’infiltration de la mine.

d) Lixiviation en tas

Le principe est le même que celui de la lixiviation in situ mais, cette fois-ci, le minerai est extrait, concassé et mis en tas sur un sol étanche muni d’un système de collecte des eaux d’infiltration.
Cette opération peut être réalisée sur une aire naturelle si le milieu s’y prête ou sur une aire recouverte d’un revêtement étanche.
La durée de la lixiviation est très longue (plusieurs mois) et variable selon la nature du minerai ; les rendements d’extraction varient entre 50 et 90 %.
Après épuisement du minerai, ce dernier est abandonné en l’état.
Le minerai peut aussi être mis dans des alvéoles dont le fond joue le rôle de filtre. La solution de lixiviation est introduite au sommet, percole à travers le minerai et est clarifiée par le filtre.
Elle peut ainsi être recyclée directement afin qu’elle s’enrichisse. La durée de lixiviation varie, dans ce cas, de quelques jours à deux semaines ; cette technique s’applique généralement à des minerais plus riches que ceux concernés par la technique précédente.
Pour le cas présent, en vue de valoriser le cuivre, nous retiendrons les optimums proposés par l’entreprise Ruashi Mining sur la lixiviation à l’aide de l’acide sulfurique du même minerai alimenté par ladite entreprise à savoir:

  • • Une concentration solide de 30% dans la pulpe ;
  • • Un pH de 1,6
  • • Une vitesse de rotation de 400 tour/min ;
  • • Un potentiel de 480 mV ;

I.1.3.Types de lixiviation

Il existe plusieurs types de lixiviation. Dans le présent travail nous nous focaliserons sur la lixiviation acide qui est le type de lixiviation utilisé à RUASHI MINING.
Ainsi nous pouvons distinguer la lixiviation acide, la lixiviation oxydante, la lixiviation alcaline, la lixiviation neutre, la lixiviation bactérienne, la lixiviation par chloration, la lixiviation par complexation, etc…
En ce qui concerne la lixiviation acide, elle est appliquée aux minerais oxydés à gangue acide et utilise le plus souvent de l’acide sulfurique comme agent lixiviant. Cette lixiviation peut être oxydante lorsqu’elle se passe en présence d’un agent oxydant (l’oxygène, les ions ferriques, le peroxyde d’hydrogène) ou réductrice lorsqu’elle se déroule en présence d’un agent réducteur

a) Lixiviation acide oxydante

La lixiviation acide oxydante se déroule en présence d’un agent oxydant (l’oxygène, les ions ferriques, le peroxyde d’hydrogène) en utilisant de l’acide comme agent lixiviant.
Elle est utilisée en général pour les minerais oxydés, sulfurés et mixtes. La cuprite par exemple est lixivée en présence des ions ferriques comme décrit la réaction chimique suivante;[1-1]
La lixiviation

b) Lixiviation acide réductrice

Elle est utilisée pour les oxydes supérieurs tels que le .Les agents réducteurs utilisés souvent sont : les métaux en poudre (Cu, Fe,…), le et le milieu metabisulfite de sodium (.L’exemple le plus couramment rencontré au Katanga est le Cobalt trivalent de l’hétérogénite qui est lixivée par l’acide sulfurique en présence de utilisé comme réducteur ou le .
[1-2]
[1-3]
NB : Il est à noter que lors de la lixiviation, le choix des réactifs dépend de plusieurs facteurs tels que :

  • • Les caractéristiques physiques et chimiques du matériau à lixivier
  • • Le coût et la disponibilité sur le marché
  • • La facilité de préparation et de manipulation
  • • La sélectivité vis-à-vis du constituant à lixivier
  • • Un bon rendement de récupération du métal à extraire de la solution de lixiviation.

I.1.4.Techniques de séparation

Une fois la pulpe obtenue après lixiviation, différentes techniques de séparation solide-liquide peuvent être effectuées telles que la décantation, la filtration et la centrifugation.
Cette étape permet de séparer le résidu inerte de la solution de lixiviation.
Il est important que la séparation soit la plus complète possible afin que la solution de lixiviation contienne, après séparation, le minimum de résidus possible, ce dernier représentant en effet une impureté pour la suite du procédé ; le résidu contienne le minimum de solution de lixiviation. Cela signifierait, dans le cas contraire, une perte de métal et une pollution du résidu.
L’emploi d’une des techniques de séparation des phases dépend de l’efficacité qu’elle a du point de vue technique et économique (KON, 2014).
En ce qui concerne la décantation, elle est une opération unitaire, parmi les techniques de séparation solides-liquide fondées sur le phénomène de sédimentation, ayant pour but de séparer les particules en suspension dans un liquide, par dépôt sous l’action de leur poids (décantation gravimétrique) ou de la force centrifuge (décantation centrifuge).
Elle permet par exemple d’obtenir une boue concentrée à partir d’une suspension initiale diluée (épaississement) ou au contraire un liquide clair à partir d’une suspension peu concentrée en particules solides (clarification). (KOLLER, 2009). La filtration quant à elle, est effectuée en continu sur des filtres à bande ou en discontinu sur des filtres presses.
Cette technique est la plus appropriée pour récupérer la plus grande partie de la solution de lixiviation présente dans les résidus.
La siccité (masse de matières sèches/ masse totale) des gâteaux obtenus est parfois (20 à 70 %). Les gâteaux peuvent être lavés sur les filtres afin d’extraire la solution de lixiviation contenue dans les interstices des gâteaux (BLAZY, El-Aid, & BERSILLON, 1999).
Et la centrifugation consiste à appliquer aux particules en suspension, un champ de forces centrifuges infiniment plus grand que le champ de la pesanteur. Du fait du cout d’entretien élevé et des contraintes exigées par l’appareillage, cette technique n’est utilisée que si la décantation ou la filtration est impossible. La siccité excède rarement 30% [(BLAZY, El-Aid, & BERSILLON, 1999).
L’opération de décantation est la plus utilisée pour la séparation des phases de la pulpe de lixiviation en hydrométallurgie, du fait qu’au point de vue technique, un décanteur a une double fonction, celle de clarificateur et celle d’épaississeur. Mais elle est aussi choisie pour de raison économique car elle est peu couteuse.
Tout de même, elle nécessite un ajout des adjuvants de décantation pour augmenter l’efficacité de la séparation. Elle est souvent suivie d’une filtration, quand elle joue le rôle d’un épaississeur, pour éliminer d’avantage les particules solide de la phase liquide séparée (BLAZY, El-Aid, & BERSILLON, 1999; KOLLER, 2009).
C’est pour cela que dans la suite de notre étude nous nous baserons sur les divers aspects de la décantation vu son efficacité, technique et économique, dans les opérations hydrométallurgiques de l’extraction du Cuivre.


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