Le cadre théorique de la lixiviation révèle que la granulométrie influence significativement la cinétique d’extraction du cuivre. Avec des résultats atteignant 24,8796 g/L en seulement 120 minutes, cette étude offre des perspectives cruciales pour optimiser les procédés de lixiviation en milieu acide.
II-3. TYPE DE LIXIVIATION
Les types de lixiviation sont classés suivant les agents lixiviant utilisés on distingue :
II-3-1. Lixiviation chimique :
Lixiviation acide :
Cette lixiviation est utilisée pour les minerais à gangue acide, le milieu solvant est constitué de l’acide.
On distingue dans cette catégorie la lixiviation acide oxydante et acide réductrice.
- Lixiviation acide oxydante :
Il y a lixiviation 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 (oxyde 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).
- Lixiviation acide réductrice :
Dans ces types de lixiviation, la solution lixiviante est rendue réductrice par un agent réducteur tels que le SO2, le fer ferreux, le NO2, le metabisulfite de sodium.
La réduction permet la dissolution des oxydes tels que MnO2 et CO2O3 qui ne sont pas solubles dans l’acide sulfurique dilue (Schlesinger et al, 2011).
Lixiviation ammoniacale :
La lixiviation ammoniacale est utilisée pour les minerais à gangue dolomitique (CaO, MgO) qui se prêtent mal à une attaque acide.
Pour les minerais sulfurés, la lixiviation ammoniacale se fait en présence d’oxygène comme agent lixiviation.
Lixiviation par cyanuration :
Ce type de lixiviation est appliqué essentiellement au traitement des métaux précieux. On utilise une solution diluée de NaCN, KCN, Ca(CN)2 en milieu basique pour éviter l’hydrolyse du cyanure (The Chemistry of Gold Extraction,2009).
Lixiviation par les chlorures :
Cette lixiviation est utilisée pour les minerais sulfurés mais l’utilisation de l’acide chlorhydrique est exclue compte tenu de son prix qui est élevé, cependant on emploie une solution acide de FeCl3.
Lixiviation par la soude caustique :
Cette lixiviation est pour dissoudre les oxydes tels que la bauxite.
II-3-2. Lixiviation bactérienne :
Elle est utilisée pour la mise en solution des mineras sulfurés, pauvres et complexes.
Les microorganismes comme les thiobacilles et les ferrobacilles possèdent des propriétés catalytiques permettant d’augmenter la cinétique de lixiviation.
La biolixiviation :
La biolixiviation (appelée aussi lixiviation biologique ou lixiviation bactérienne) est une technique d’extraction de métaux à grands intérêts économiques d’une roche, mettant en jeu des micro-organismes capables de convertir ces métaux de la forme solide à la forme soluble, qui pourront ensuite être extraits.
Cette technique est naturelle, économique et important sur le plan environnemental. Elle s’effectue à des températures et pressions faibles avec une vitesse de réaction lente, mais leur inconvénient est l’obtention des solutions diluées.
On a trois catégories des bactéries suivant qu’elles procèdent à température faible, moyenne où exagérée sont :
- les bactéries mésophiles largement connus par leur activité métabolique à température faible et moyenne (30°C à 35°C) sont Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans, Leptospirillum ferrooxydans (thermotolerant up to 50°C) et Thiobacillus caldus ;
- les bactéries thermophiles moyenne (biolixiviation de 50°C à 55°C) : Thiobacillus caldus, Sulfobacillus (tolérant jusqu’à 63°C), Sulfobacillus thermosulfidooxydans, Sulfobacillus acidophilus et Acidimicrobium ;
- les bactéries thermophiles exagérées (60°C à 85°C) : Sulfolobus (sulfolobus metallicus, sulfolobus acidocaldarius), Acidianus brierleyi (DJENETTE EL BAR / Ep. BOUCHERITTE, 2016).
La biosorption
La biosorption est un terme utilisé pour décrire tous les processus reliés à la récupération des métaux en présence des absorbant, qui sont des cellules vivantes ou morte.
La biosorption se fait avec des bactéries active ; lorsque les interactions métaux-bactéries ses font avec des cellules vivantes (précipitations, oxydation-réduction, …), passives ; lorsque les métaux sont transformés suite à des réactions physico-chimiques (complexation par des substances produites par les cellules, absorption du métal sur la paroi cellulaire) (NOUIOUA Asma, 2018).
II-3-4. Technologie de la lixiviation
Une fois que l’agent de lixiviation a été déterminé, la prochaine étape est le choix du type d’appareil et de la méthode qui seront utilisés pour effectuer la lixiviation.
En fonction des critères de choix cités précédemment, la lixiviation peut être réalisée selon cinq méthodes différentes :
II-4-1. Lixiviation in-situ:
Cette technique (« in situ leaching » en anglais) permet d’exploiter des gisements à basse teneur minérale, stratiformes, encaissés dans des horizons gréseux perméables et encadrés par des horizons très peu ou pas perméables (ex. grès rouges à cuivre ou « red- bed»).
A l’aide d’une série de puits injecteurs et producteurs, une circulation de solution lixiviante (souvent de l’acide sulfurique ou du carbonate de soude) est établie, permettant l’attaque du Minerai (Figure II-1).
La solution est, par la suite, récupérée pour la phase de traitement. Le principal avantage de cette technique est de pouvoir récupérer des métaux ou minerais de valeur sans avoir recours aux techniques minières traditionnelles impliquant : explosions, découverture coûteuse ou infrastructures souterraines.
Cette technique a donc une faible emprise en surface et ne crée aucune verse à stérile.
Toutefois elle présente un risque de contamination des eaux souterraines (Exploitation minière et traitement des minerais, février 2017).
Aucune mine en RDC n’a eu recours à cette méthode et sa mise en œuvre future n’est pas certaine.
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Figure II- 1 : Technique d’exploitation par lixiviation in situ.
II-4-2. Lixiviation en tas ou lixiviation statique :
Lixiviation en tas (Figure II-2). Préalablement à la lixiviation en tas, le minerai tout venant ou le minerai concassé est chargé sur des dépôts (ou tas ou pile) de 10 à 20 m de hauteur qui sont empilés sur une couche imperméable.
Une solution lixiviante est pulvérisée sur le tas, se lixivie à travers la pile puis dissout le métal rechercher. La solution est ensuite dirigée dans un bassin.
La solution lixiviante, qui est dite être « sursaturée » en métal recherché, est ensuite pompée vers des colonnes à résine où le métal est récupéré. Une lixiviation en tas rentable offre un certain nombre d’avantages, y compris :
- coûts de broyage réduits puisque le minerai est uniquement concassé non meulé ;
- la solution lixiviante recyclée à travers le tas, réduisant la quantité de l’agent lixiviant utilisée dans l’exploitation ;
- processus particulièrement adapté aux minerais à plus faible teneur et à ceux ayant une teneur élevée en argile ;
(Exploitation minière et traitement des minerais ; février 2017).
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Figure II- 2 : Lixiviation en tas, mine de nickel en Finlande (www.wromp-int.com).
II-4-3. Lixiviation par percolation :
Cette méthode s’applique à des minerais plus riches (de l’ordre du pour-cent dans le cas du cuivre). Le minerai concassé est introduit dans des réservoirs dont la partie inferieur soulevant le lit de minerai joue le rôle de filtre.
L’agent de lixiviation est ajouté continuellement sur la surface minérale, pouvant percoler à travers le lit lixiviant le minéral recherché.
La lixiviation par percolation permet une très bonne utilisation du réactif et fournit une solution clarifiée qui peut être directement recyclée afin qu’elle s’enrichisse. Elle est utilisée pour traiter des minerais d’or, de cuivre et d’uranium.
La durée d’un cycle de percolation, en général, varie de quelques jours à deux semaines, et donc nettement plus réduite que celle de la lixiviation en tas (BOUKHEMIKHEM Zahira, 2010).
II-4-4. Lixiviation en réacteur agité :
Etant la méthode la plus employée dans le traitement des minerais riches ou déchets. Elle peut être réalisée en continu ou en discontinu, un contre-courant à plusieurs étages peut être mis en place.
Son principe est basé sur la mise en suspension d’un solide sous forme pulvérulente, dans une solution de lixiviation. La densité de la pulpe ainsi produite est fonction du solide traité, du type de solution employée et de l’agitation.
L’agitation servant principalement à éviter la sédimentation des particules et permet d’accélérer la lixiviation et de diminuer le tiempo de séjour (étant donné que les réactions de lixiviation sont des réactions hétérogènes, l’agitation joue un rôle important dans les phénomènes de transfert de matières) et à bien disperser les bulles de gaz (si des produits gazeux sont utilisés).
II-4-5. Lixiviation sous pression (en autoclave) :
La technologie des autoclaves, qui fonctionne un peu comme un gros autocuiseur, est utilisé pour libérer les métaux du minerai lorsqu’il est difficile de les extraire par d’autres moyens.
Dans le cas des minerais réfractaire, par exemple, que l’on retrouve dans l’industrie de l’or, du métal peut être présent sous diverses formes, intégré dans d’autres matériaux ou associé à d’autres matériaux, ce qui rendra l’extraction plus complexe.
En travaillant dans un environnement sous plus haute pression et avec des températures plus élevées, il est alors possible d’obtenir les conditions permettant la lixiviation des métaux recherchés en une solution en dehors de la matrice du minerai (www.snclavali.com/fr-fr/beyond- engineering/under-pressure-and-feeling-the-heat).
II-5. CHIMIE DE LA LIXIVIATION
La lixiviation a pour but de transférer un élément chimique de la phase solide (minerai) à la phase aqueuse (solution d’attaque) : elle fait donc intervenir, d’une part, des phénomènes physiques de transfert, et d’autre part, des phénomènes chimiques de transformation des espèces (BOUKHEMIKHEM Zahira, 2010).
II-5-1. Paramètres physiques :
Il est nécessaire de réaliser une bonne mise en contact des phases solide et liquide. La nature du solide (type de liens moléculaires, granulométrie, porosité) a une influence directe sur la surface d’échange et joue un rôle essentiel dans la cinétique de la mise en solution.
Le degré de fractionnement du minerai est donc un paramètre très important qui dépend de la méthode de lixiviation utilisée. Le transfert de l’espèce solubilisée de l’interface Solide- Liquide au sien de la solution constitue une autre étape importante de la cinétique.
Afin d’accélérer ce phénomène, on réalise une agitation de la solution (mécanique ou par bullage d’un gaz comprimé). L’élévation de la température accélère également le phénomène de transfert (BOUKHEMIKHEM Zahira, 2010).
II-5-2. Réactions de Lixiviation :
Les procédés hydrométallurgiques font appel à la libération du métal recherché par destruction de la matrice chimique le contenant, c’est-à-dire mettent en jeu des réactions chimiques entre les particules et les réactifs utilisées en phase liquide.
Les réactions de lixiviation sont classées selon les catégories ci-après
- réaction de solubilisation physique;
- lixiviation par réaction chimique simple.
II-5-2-1. Réaction de solubilisation physique :
Le caractère dipolaire des molécules d’eau permet à celles-ci d’exercer une attraction sur l’anion et le cation de l’espèce ionique à dissoudre, formant des hydrates.
Si la force d’hydratation est supérieure à la force qui retient l’anion et le cation ensemble, ceux-ci passeront dans la solution. Ce type de solubilisation est utilisé dans le cas de certains sels formés lors des opérations pyrométallurgiques préliminaires à l’étape de lixiviation, comme le grillage sulfurant ou chlorurant
NaCl(s) + (n+m) H2O Na(H2O)n++ Cl(H2O)m- (II-1)
CuSO4 + (n + m)H2O Cu (H2O) + + SO4(H2O) 2- (II-2)
n m
(BOUKHEMIKHEM Zahira, 2010).
II-5-2-2.Lixiviation par réaction chimique simple :
La lixiviation d’une espèce solide peut être accomplie par l’action directe d’un acide, d’une base ou des ions d’un autre sel. Cette action peut prendre la forme d’une neutralisation, d’un simple remplacement d’ions ou d’une complexation.
Cas de la lixiviation acide directe, l’objectif est de fournir des ions 𝐻+ (protons). Ce qui mène à l’utilisation d’acide forts (HCl, H2SO4 ou HNO3). Un cas typique est la lixiviation des oxydes de cuivre par l’acide sulfurique dilué :
CuO(s) + 2H+ (aq) + SO2- ² Cu2+ (aq) + SO2- + H2O (II-3)
4(aq) 4
(BOUKHEMIKHEM Zahira, 2010).
Questions Fréquemment Posées
Quels sont les types de lixiviation utilisés pour le minerai oxydé?
Les types de lixiviation sont classés selon les agents lixiviants utilisés, incluant la lixiviation chimique, ammoniacale, par cyanuration, par chlorures, par soude caustique, et la lixiviation bactérienne.
Qu’est-ce que la lixiviation acide oxydante?
La lixiviation acide oxydante s’applique aux minerais mixtes (oxyde et sulfures) et utilise l’acide sulfurique comme solvant, avec des conditions oxydantes réalisées par l’air ou des ions ferriques.
Comment fonctionne la biolixiviation?
La biolixiviation est une technique d’extraction de métaux utilisant des micro-organismes pour convertir les métaux de la forme solide à la forme soluble, permettant leur extraction.