Les types de lixiviation minière, tels que l’acide, le complexant et l’alcalin, sont essentiels pour optimiser la solubilisation des métaux. Cet article explore l’application de la méthodologie de Taguchi pour améliorer la lixiviation du minerai oxydé cupro-cobaltifère à la mine de Kamfundwa.
I.1.1. Types de lixiviation
L’hydrométallurgie présente plusieurs variantes selon les condition chimiques ou physiques réalisées. La dissolution doit être sélective, cela pour économiser les réactifs et éviter une contamination de la solution. Les différents types de lixiviation habituellement utilisés sont les suivants (Habashi, 1970) :
- Lixiviation acide ;
- Lixiviation complexant ;
- Lixiviation alcaline ;
- Lixiviation chlorurante ;
- Lixiviation bactérienne.
I.1.1.1. Lixiviation acide
Généralement appliquée aux minerais oxydés ou carbonatés à gangues non dolomitiques. Les conditions de cette lixiviation peuvent être examinées sur le diagramme de M. Pourbaix (Tension-pH).
Lixiviation acide oxydante
La lixiviation acide devient oxydante lorsqu’il y a montée d’état d’oxydation de l’élément dans la solution que dans le solide. Ce type de lixiviation s’applique aux minerais mixtes (oxydes et sulfures). L’acide sulfurique est le solvant le plus utilisé. Les conditions oxydantes peuvent être réalisées par l’air (oxygène) ou par les ions ferriques présents (provenant des minerais ou ajoutés intentionnellement).
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Lixiviation acide réductrice
Dans ce type de lixiviation, la solution lixiviante est rendue réductrice par un agent réducteur tel que le , le fer ferreux, le , , le cuivre métallique, La réduction permet la dissolution des oxydes tels que qui ne sont pas soluble dans l’acide sulfurique dilué.
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I.1.1.2. Lixiviation complexant
Lixiviation ammoniacale
Elle s’applique aux minerais à gangues dolomitiques pour extraire les métaux tels que : le cuivre, le cobalt, le nickel, … Sous forme de complexes. On utilise généralement le et . Ce procédé est sélectif car les impuretés ne forment pas de complexes avec le .
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Lixiviation par cyanuration
Ce type de lixiviation est appliqué essentiellement au traitement des métaux précieux (Ag, Au, …). Ces derniers sont extraits de leur minerais sous forme d’un complexe soluble : Au (CN et Ag (CN
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I.1.1.3. Lixiviation alcaline
Elle peut être directement réaliser par la soude en autoclave pour des oxydes légèrement acides ou amphotères (
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I.1.1.4. Lixiviation chlorurante
Dans certains cas il peut être intéressant de passer par le chlorure soluble. Toute fois on évite généralement de faire cette lixiviation compte tenu des difficultés technologiques en matière de corrosion et du cout élevé de l’acide HCl. On utilise souvent une solution de chlorure de fer (III).
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La réaction se passe en solution aqueuse à 65°C.
I.1.1.5. Lixiviation bactérienne
La biolixiviation est un procédé qui utilise des micro-organismes pour catalyser les réactions d’oxydation de certains minéraux. Durant ce processus, les micro-organismes utilisent les minéraux comme source d’énergie en captant des électrons pour leur développement. Ce processus auto catalytique existe dans la nature et les micro-organismes qui sont à l’origine de ce processus peuvent être isolés dans les eaux des sites à drainage minier acide (bactéries mésophiles) ou des sources hydrothermales (bactérie thermophiles) (Kitobo, 2009). Les agents actifs communément rencontrés dans la biolixiviation des minerais sulfurés sont (cognis. 2005).
- Thiobacillus ferroxidans : Oxydent le fer (II) et le soufre inorganique dans une gamme de température allant de 20°C à 40°C ;
- Le leptospirillum ferroxidans : oxydent le fe(II) mais n’oxydent pas le soufre inorganique dans la gamme de température allant de 20°C à 40°C ;
- Le thiobacillus thiooxidans : oxydent le soufre élémentaire S° et les composés solubles de soufre dans la gamme de température allant de 20°C à 40°C ;
- Thermophiles modérés : quelques-uns oxydent le fer (II), le S° et les minerais sulfurés. D’autres oxydent seulement le fer ou le soufre à température allant de 45 à 60°C ;
- Hyperthermophiles : oxydent le fer (II), le S° et les minerais sulfurés à températures allant de 60°C à 80°C.
I.1.2. Techniques de lixiviation
Il existe plusieurs techniques de lixiviation qui sont fonction de la teneur de l’élément recherché dans le minerai, ainsi que de la susceptibilité de dissolution de ce dernier.
Nous pouvons citer (Venkatachalam, 1998) :
- La lixiviation en place ;
- La lixiviation en tas ;
- La lixiviation en tank (cuve) ;
- La lixiviation sous pression.
II.1.2.1. Lixiviation en place
La lixiviation en tas est une méthode qui consiste en une lixiviation directe du minerai en place. Elle est utilisée lorsque la teneur de l’élément est tellement faible telle qu’elle n’assure pas la rentabilité des opérations de minage et de transport vers la surface. Dans le monde, elle est généralement utilisée pour extraire les sels solubles directement des gisements souterrains (potasse, chlorure de sodium, sulfate de sodium et carbonate de sodium). Elle est également utilisée pour la lixiviation de l’uranium et du cuivre (Alvayai, 2006).
Deux conditions doivent être accomplies en plus de ce qui a déjà été dit pour appliquer la lixiviation en place. Qui sont (Philibert, 2002) :
- S’assurer d’un bon isolement ‘naturel ou artificielle) du gisement vis-à-vis du réseau hydrologique souterrain ;
- Assurer une bonne fragmentation (naturelle ou artificielle) du gisement permettant un bon contact minerais-solvant.
II.1.2.2. Lixiviation en tas
Dans cette technique, le minerai extrait de la mine est déposé sur une surface préalablement nettoyée et naturellement imperméable (dump leaching) ou rendue imperméable (Heap leaching) ayant une certaine pente pour permettre l’écoulement de la solution riche et sa récupération en dehors de tas. La solution de lixiviation est aspergée à l’aide d’un tuyaux perforés ou sprinklers, au-dessous du tas et percole à travers ce dernier ; en solubilisant le métal de valeur. La solution riche est recueillie à l’extrémité inférieure de la surface pour être pompée au bassin de récupération (Alvayai, 2006).
II.1.2.3. Lixiviation en cuve
Cette technique consiste à placer le minerai ou concentré à lixivier dans un tank de lixiviation. Il existe des tanks des différentes formes. Nous pouvons les grouper en deux (Philibert, 2002) (Habashi, 1970).
- Lixiviation par percolation ;
- Lixiviation par agitation.
Lixiviation par percolation
Elle consiste à mettre dans une cuve des minerais broyés, environ 10 mm de diamètre et y verser la solution acide. La solution chargée des éléments utiles est récupérée en dessous de la cuve. Un type particulier de cette technique est la lixiviation en stalles (vat leaching) qui se fait de la manière suivante :
Le minerai concassé (-3/4’’ à +1/4’’) est placé sur la base d’un réservoir rectangulaire muni d’un faux plancher couvert d’une boite poreuse. L’argent lixiviant est ajouté continuellement à la surface de minerai. En percolant le minerai, les métaux utiles ciblés sont lixiviée. La distribution granulométrique-étoile est indispensable pour le minerai afin de permettre une bonne percolation.
La solution riche est continuellement recueillie et évacuée du réservoir. Plusieurs de ces dispositifs peuvent être agencés en contre-courant. Ainsi la solution enrichie est transférée de réservoir en réservoir, rencontrant toujours un minerai de plus en plus riche. Elle est généralement appliquée à de minerais titrants entre 0,8% à 1%. Les solutions envoyées à l’électrolyse passant par une purification.
Cette lixiviation qui prend généralement deux à quatre jours présente les avantages suivants (Habashi, 1970) :
- Une consommation faible des réactifs ;
- Les solutions riches assez concentrés ;
- Et un cout d’investissement assez limité suite à la suppression de l’étape de séparation solide-liquide.
Cette méthode est utilisée pour traiter les minerais d’or, de cuivre et d’uranium
Lixiviation en cuve par agitation
Elle est limitée aux minerais fins dont la taille des particules ne permet pas le passage de la solution entre les interstices. Elle consiste à disperser le minerai finement broyé dans la solution lixiviante contenu dans un réservoir muni d’un système d’agitation ou la pulpe ainsi produite contient entre 30 et 70% des solides, mais elle favorise également la cinétique de lixiviation (Gill, 1980).
On distingue trois cas selon le mode d’agitation, à savoir :
- Agitation pneumatique : s’effectue dans des cuves par injection d’air comprimé, détermine un mouvement ascendant de la pulpe ;
- Agitation mécanique : généralement appliquée sur des petites cuves de lixiviation, ici on utilise des agitateurs mécaniques,
- Agitation mécanique et pneumatique simultanées : elle est appliquée dans des installations de grande capacité.
II.1.2.4. Lixiviation sous pression
Elle est utilisée pour accélérer la mise en solution des éléments utiles lorsque celle-ci s’avère lente à la pression atmosphérique et avoir un meilleur rendement. Elle est effectuée à autoclave sous haute pression et à haute température. Les réactifs sont hautement volatils tels que le . Cette technique est recommandée à la lixiviation acide des minerais sulfurés.