L’optimisation de la lixiviation cuivre cobalt est réalisée sur le minerai oxydé cuprocobaltifère de la mine de Kamfundwa, en appliquant la méthodologie de Taguchi. L’objectif est d’augmenter la solubilisation du cuivre et du cobalt tout en réduisant la dissolution du fer et la consommation d’acide.
Ce travail porte sur l’optimisation de la lixiviation du minerai oxydé cuprocobaltifère de la mine de Kamfundwa en utilisant la méthodologie de Taguchi. L’étude vise à maximiser la solubilisation du cuivre et du cobalt tout en minimisant celle du fer et la consommation d’acide.
Gécamines/Groupe centre
Département d’études métallurgiques
Optimisation de la lixiviation du minerai oxydé cuprocobaltifère
Présentation du projet
Optimisation de la lixiviation du minerai oxydé cuprocobaltifère de la mine de Kamfundwa par une approche basée sur la méthodologie de Taguchi
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Andy Lukanda
Dirigé par: Prof. Nom & Dr. Nom
Année académique
Résumé
Ce présent travail porte sur l’optimisation de la lixiviation du minerai oxydé cuprocobaltifère de la mine de Kamfundwa par une approche basée sur la méthodologie de Taguchi. L’analyse minéralogique révèle la malachite comme principal minéral de cuivre, l’hétérogénite comme minérale de Cobalt, la chrysocolle y est en trace, la gangue est constituée de quartz, un peu de dolomie, la limonite et de l’argile. L’analyse chimique a donné 2,21% Cu, 0,26% Co et 2,58% de Fe.
Le but poursuivi est de maximiser le rendement de solubilisation du cuivre et du cobalt, de minimiser la solubilisation du fer ainsi que celle de la consommation d’acide. Des tests d’orientation ont été effectués, il résulte que les rendements de solubilisation du cuivre et du cobalt sont 96,58% Cu et 62,3% Co en milieu non réducteur, 97,42% Cu et 94%Co en en milieu réducteur.
De ces résultats, nous nous sommes fixés 5 facteurs (l’acidité, la granulométrie, le fer II, le temps et la température) ainsi que leurs niveaux de variations dont 4 niveaux pour les 4 premiers facteurs et 2 niveaux pour la température. Se basant premièrement sur la méthodologie de Taguchi, une matrice orthogonale L16(4^4 2^1) a été sélectionnée, donnant comme conditions optimales : Acidité = 60 g/L ; Granulométrie = 106 ; Fer (II) = 1,3g ; Temps = 2h15 ; Température = 60°C et comme résultats
: le rendement de solubilisation du cuivre 96,16% et du cobalt 85,25%, la solubilisation du fer 7,6% et la consommation d’acide total 99,6 kg/T.
Une deuxième approche basée sur l’analyse de la variance (ANOVA), confirme les résultats fournis par la méthodologie de Taguchi. Elle révèle en partie par le test de Fisher qu’aucun facteur ne présente des effets significatifs sur le rendement de solubilisation du cuivre et du cobalt mais présente pour la solubilisation du fer, la granulométrie comme étant le facteur le plus significatif et l’acidité sur la consommation d’acide total. Elle précise par le biais du p-valeur pour un risque que, la température est le facteur ayant le plus d’influence sur le rendement solubilisation du cuivre, le fer ferreux sur le rendement de solubilisation du cobalt, la granulométrie sur la solubilisation du fer et l’acidité sur la consommation d’acide total.
Introduction
La province du haut-Katanga (RD. Congo) dispose d’une des plus importantes minéralisations du monde. Cette minéralisation est constituée principalement du cuivre et du cobalt, contenus dans certains minéraux notamment la malachite et l’hétérogénite pour les minerais oxydés.
L’une des minéralisations est celle de la mine de Kamfundwa située à 10 km au nord des installations du siège de Kambove et à 4km au sud de la mine de Shangulowe sur le permis d’exploitation n°465 appartenant à la Gécamines/Groupe centre. Les problèmes d’optimisation, de caractérisation ou de mise au point des procédés sont souvent associés à la conjonction de plusieurs facteurs ayant une influence sur la réponse.
Notre étude effectuée au département d’études métallurgiques de la Gécamines consistera en une optimisation de la lixiviation par une approche basée sur la méthodologie de Taguchi. Dans le but de maximiser le rendement de solubilisation du cuivre et du cobalt, de minimiser la solubilisation du fer ainsi que celle de la consommation d’acide.
Dans le but de rechercher toutes les informations utiles au traitement de ce minerai, nous avons commencé par effectuer une caractérisation notamment du point de vue chimique et granulométrique et des tests d’orientation en milieu réducteur ou non qui nous ont permis de fixer 5 facteurs (l’acidité, la granulométrie, le fer II, le temps et la température) ainsi que leurs niveaux.
Grace à la matrice orthogonale L16(4^4 2^1), nous avons effectué 16 essais en variant les niveaux des différents facteurs.
Ainsi, pour mener à bien cette étude, ce travail sera partitionné en 4 chapitres :
- Chapitre I : Lixiviation acide des minerais oxydés cuprocobaltifère ;
- Chapitre II : Méthodologie des plans d’expériences ;
- Chapitre III : Matériels et méthodes ;
- Chapitre IV : Présentation et analyse des résultats.
Chapitre I : Lixiviation acide des minerais oxydés cuprocobaltifère
I.1 Généralités
La lixiviation est opération métallurgique qui consiste en une mise en solution sélective des minéraux valorisables constituant un minerai ou un concentré à l’aide de l’agressivité d’un solvant adéquat (Blazy, 2003).
Il s’agit d’un processus mettant en jeu une réaction hétérogène du type (1) :
(1)
Avec :
- : Les particules du minerai ;
- : Agent lixiviant ;
- : Résidu ;
- : filtrat après filtration.
Il existe plusieurs types d’agents lixiviant, les plus usuels sont (Habashi, 1970) :
- Les acides : Sont utilisés dans la lixiviation des minerais non amphotérique et en particulier les minerai à gangues siliceuses tels que la malachite, l’hétérogénite… ;
- Le base : Sont utilisés dans la lixiviation des minerai amphotérique tels que la bauxite… ;
- Les bactéries (thiobacillus ferroxidans, ferobacillus ferroxidans) : Ils sont utilisés dans les cas minerai complexes tels que ceux d’arsénopyrite ;
- De l’eau : est utilisé dans la lixiviation des composés et des minerais solubles dans l’eau. Tels que le résidu du grillage chlorurant, sulfatant… ;
- Les solutions aqueuses des sels : elles sont utilisées dans la lixiviation des certains minéraux tels que la pyrolusite ;
- Le cyanure de potassium est utilisé dans la lixiviation de minerais des métaux nobles tels que l’or, l’argent… ;
- Les chlorures : sont utilisés dans la lixiviation des certains minerais, l’exemple concret est celui de la lixiviation des minerais sulfurés par le chlorure de potassium, chlorure ferrique.
Ces solvant sont choisi d’après plusieurs critères notamment (Habashi, 1970) :
- Bon prix sur le marché est une grande disponibilité ;
- Un pouvoir de régénération appréciable ;
- Récupération facile du métal dans la solution de lixiviation ;
- Bon rendement de récupération du métal dans la solution de lixiviation ;
- Bonne cinétique, dissolution maximale des éléments utiles et minimales des impuretés.