Influence de la granulométrie sur la cinétique de lixiviation du minerai oxydé du gisement de KIBOLWE
Une étude approfondie de l’influence de la granulométrie sur la cinétique de lixiviation du cuivre du minerai oxydé de Kibolwe en milieu acide. La recherche utilise quatre granulométries différentes avec des pourcentages de passants variés sur un tamis de 75µm comme référence. Les essais sont réalisés en réacteur agité avec prélèvements à différents instants pour évaluer l’évolution de la mise en solution du cuivre. Les meilleurs résultats montrent une extraction de 24,8796 g/L de cuivre en 120 minutes avec un rendement de lixiviation de 82,64%.
École Supérieure des Ingénieurs Industriels
Département de Génie des Procédés
Bachelier en Science de l’Ingénieur en Génie des Procédés Chimiques
Mémoire présenté et défendu en vue de l’obtention du grade
Influence de la Granulométrie sur la Cinétique de Lixiviation du Minerai Oxydé du Gisement de Kibolwe
Umba Kinda Daniel
Dirigé par: Augustin Ilunga Ndala & Delphin Mukalay Umba
Février 2022
Table des matières
RESUME I
LISTE DES FIGURES V
LISTE DE TABLEAUX VI
EPIGRAPHE VII
DEDICACE VIII
REMERCIEMENTS IX
INTRODUCTION GENERALE 1
I-1. HISTORIQUE 3
I-2. PRESENTATION DU PROJET KIBOLWE 3
I-3. SIEGE SOCIALE 4
I-4. SITUATION GEOGRAPHIQUE DU GISEMENT DE KIBOLWE 4
CHAPITRE II : GENERALITE SUR LA LIXIVIATION 5
II-1. PRINCIPE ET APPLICATION DE L’HYDROMETALLURGIE 5
II-2. LA LIXIVIATION 6
II-2-1. Réactifs de lixiviation 6
II-3. TYPE DE LIXIVIATION 7
II-3-1. Lixiviation chimique 7
• Lixiviation acide 7
• Lixiviation acide oxydante 7
• Lixiviation acide réductrice 7
• Lixiviation ammoniacale: 7
• Lixiviation par cyanuration 7
• Lixiviation par les chlorures 8
• Lixiviation par la soude caustique 8
II-3-2. Lixiviation bactérienne 8
• La biolixiviation 8
• La biosorption 9
II-3-4. Technologie de la lixiviation 9
II-4-1. Lixiviation in-situ: 9
II-4-2. Lixiviation en tas ou lixiviation statique 10
II-4-3. Lixiviation par percolation 11
II-4-4. Lixiviation en réacteur agité 12
II-4-5. Lixiviation sous pression(en autoclave) 12
II-5. CHIMIE DE LA LIXIVIATION 12
II-5-1. Paramètres physiques 13
II-5-2. Réactions de Lixiviation 13
II-5-2-1.Réaction de solubilisation physique 13
II-5-2-2.Lixiviation par réaction chimique simple 13
II-6. APPROCHE THERMODYNAMIQUE ET CINETIQUE DE LA LIXIVIATION 14
II-6-1. Généralités 14
II-6-2. Diagrammes de POURBAIX 14
II-6-2-1. Structure des diagrammes de POURBAIX 15
II-6-2-2. Diagramme de POURBAIX de l’eau 15
II-6-2-3. Diagramme de POURBAIX du système Cu-H2O 18
II-7. APPROCHE CINETIQUE DE LA LIXIVIATION 18
II-7-1. Facteurs influençant la cinétique de lixiviation 19
II-8. LE RENDEMENT DE LIXIVIATION 20
II-9. OPERATIONS SUBSEQUENTES A LA LIXIVIATION 20
II-9-1. Séparation Solide-Liquide 20
• La décantation 21
• La filtration 21
• La centrifugation 21
Partie II : Partie expérimentale 22
CHAPITRE III : MATERIEL ET METHODES 22
• INTRODUCTION 22
• INTRODUCTION 22
III-1. MATERIELS ET APPAREILS 22
III-1-1. Matériel 22
III-1-2. Appareils 22
III-2. ECHANTILLONNAGE 23
III-2-1. Origine de l’échantillon 23
III-2-2. Caractérisation de l’échantillon 23
III-2-2-1. Caractérisation chimique 23
III-2-2-2. Caractérisation minéralogique de l’échantillon 23
III-2-2-3. Caractérisation granulométrique 23
III-2-2-4. Procédure expérimentale 23
III-2-2-5. Analyse granulochimique 24
III-2-2-6.Etude de broyabilité 24
III-2-2-7. Mode opératoire 24
III-3. ESSAIS DE LIXIVIATION 24
III-3-1. Préparation de la pulpe 25
III-3-1-1. Calcul de la pulpe pour une densité de 1200 25
III-3-2. Mode opératoire pour la lixiviation 25
III-4. CALCUL DES CARACTERISTIQUES HYDROMETALLURGIQUES 26
• Calcul du rendement de lixiviation 26La solubilisation 27Calcul expérimental de la vitesse de mise en solution 27
• Calcul du rendement de lixiviation 26La solubilisation 27Calcul expérimental de la vitesse de mise en solution 27
• Calcul du rendement de lixiviation 26
• La solubilisation 27
• Calcul expérimental de la vitesse de mise en solution 27
CHAPITRE IV : PRESENTATION ET ANALYSE DES RESULTATS 28
IV-1.INTRODUCTION 28
IV-2. CARACTERISATION DE L’ECHANTILLON 28
IV-2-1. Analyse chimique de l’échantillon 28
IV-2-2. Caractérisation minéralogique 29
IV-2-3. Caractérisation granulométrique 29
IV-2-4. Résultats d’étude de broyabilité 31
IV-3. RESULTATS DES ESSAIS DE LIXIVIATION 33
IV-3-1. Essais de lixiviation 33
IV-3-2. Essai de lixiviation avec 65 % de passant 33
IV-3-2-1. Résultats de l’essai de lixiviation avec une granulométrie offrant 65% de passant 33
IV-3-3. Essai de lixiviation avec 70 % de passant 36
IV-3-3-1. Résultats de l’essai de lixiviation avec une granulométrie offrant 70% de passant 36
IV-3-3. Essai de lixiviation avec 75 % de passant 39
IV-3-3-1. Résultats de l’essai de lixiviation avec une granulométrie offrant 75% de passant 39
IV-3-4. Essai de lixiviation avec 80 % de passant 41
IV-3-4-1. Résultats de l’essai de lixiviation avec une granulométrie offrant 80% de passant 42
IV-4. RESULTATS DES QUATRE ESSAIS 44
Conclusion générale et perspectives 48
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 49
ANNEXES 1
Annexe 1. : Résultats des analyses des gâteaux 1
LISTE DES FIGURES
FIGURE II- 1 : TECHNIQUE D’EXPLOITATION PAR LIXIVIATION IN SITU. 10
FIGURE II- 2 : LIXIVIATION EN TAS, MINE DE NICKEL EN FINLANDE (WWW.WROMP-INT.COM). 11
FIGURE II- 3: ZONE DE STABILITE THERMODYNAMIQUE DE L’EAU VIS-A-VIS DES OXYDANTS ET DES REDUCTEURS 17
FIGURE II- 4: DIAGRAMME E-PH DU SYSTEME CU-H2O 18
FIGURE IV- 1 : COURBE DE LA REPARTITION GRANULOMETRIQUE 31
FIGURE IV- 2 : COURBES DE L’EVOLUTION DE PASSANTS ET REFUS 32
FIGURE IV- 3 : COURBE D’EVOLUTION EXPRIMANT LA CINETIQUE DE LIXIVIATION DU CUIVRE AVEC 65% DE PASSANT 34
FIGURE IV- 4 : COURBE D’EVOLUTION DU RENDEMENT DE LIXIVIATION AVEC 65% DE PASSANT. 35
FIGURE IV- 5 : COURBE DE LA VARIATION DE LA VITESSE DE MISE EN SOLUTION DU CUIVRE 35
FIGURE IV- 6 : COURBE D’EVOLUTION EXPRIMANT LA CINETIQUE DE LIXIVIATION DU CUIVRE AVEC 70% DE PASSANT 37
FIGURE IV- 7: COURBE D’EVOLUTION DU RENDEMENT DE LIXIVIATION AVEC 70% DE PASSANT 38
FIGURE IV- 8: COURBE DE LA VARIATION DE LA VITESSE DE MISE EN SOLUTION DU CUIVRE AVEC 70% DE PASSANT 38
FIGURE IV- 9 : COURBE D’EVOLUTION DE LA CINETIQUE DE LIXIVIATION DU CUIVRE AVEC 75% DE PASSANT 40
FIGURE IV- 10 : COURBE D’EVOLUTION DU RENDEMENT DE LIXIVIATION AVEC 75% DE PASSANT40 FIGURE IV- 11 : COURBE DE LA VARIATION DE LA VITESSE DE MISE EN SOLUTION DU CUIVRE AVEC 75% DE PASSANT 41
FIGURE IV- 12 : COURBE D’EVOLUTION DE LA CINETIQUE DE LIXIVIATION DU CUIVRE AVEC 80% DE PASSANT 42
FIGURE IV- 13 : COURBE D’EVOLUTION DU RENDEMENT DE LIXIVIATION AVEC 80% DE PASSANT43 FIGURE IV- 14 : COURBE DE LA VARIATION DE LA VITESSE DE MISE EN SOLUTION DU CUIVRE AVEC 80% DE PASSANT 43
FIGURE IV- 15 : COURBES CINETIQUES DE LIXIVIATION DES QUATRE ESSAIS 45
FIGURE IV- 16 : COURBE D’EVOLUTION DES RENDEMENTS DE LIXIVIATION DES 4 ESSAIS 46
FIGURE IV- 17 : COURBES DES VARIATIONS DES VITESSES D’EXTRACTION 46
LISTE DE TABLEAUX
TABLEAU I- 1: COORDONNEES GEOGRAPHIQUE DU GISEMENT DE KIBOLWE 4
TABLEAU IV- 1 : RESULTATS DE L’ANALYSE CHIMIQUE 28
TABLEAU IV- 2: RESULTATS DE L’ANALYSE GRANULOMETRIQUE 30
TABLEAU IV- 3 : RESULTATS DE L’ETUDE DE BROYABILITE DE L’ECHANTILLON 31
TABLEAU IV- 4 : RESULTATS DE LIXIVIATION AVEC 65% DE PASSANT 34
TABLEAU IV- 5 : VARIATION DE LA VITESSE D’EXTRACTION 34
TABLEAU IV- 6: RESULTATS DE LIXIVIATION AVEC 70% DE PASSANT 37
TABLEAU IV- 7 : VARIATION DE LA VITESSE D’EXTRACTION 37
TABLEAU IV- 8: RESULTATS DE LIXIVIATION AVEC 75% DE PASSANT 39
TABLEAU IV- 9 : VARIATION DE LA VITESSE D’EXTRACTION 39
TABLEAU IV- 10 : RESULTATS DE LIXIVIATION AVEC 80% DE PASSANT 42
TABLEAU IV- 11 : VARIATION DE LA VITESSE D’EXTRACTION 42
TABLEAU IV- 12 : VARIATION DE LA CONCENTRATION EN FONCTION DU TEMPS 44
TABLEAU IV- 13 : RESULTATS DU RENDEMENT DE LIXIVIATION EN FONCTION DU TEMPS 44
TABLEAU IV- 14 : VARIATION DES VITESSES DE QUATRE ESSAIS 45
EPIGRAPHE
Que l’évolution soit poussée par le passé ou tirée par le futur, c’est avec l’homme et ses techniques que l’univers
devient intelligent.
Albert Jacquard
DEDICACE
A vous Familles BANZA et KAMALENGE pour m’avoir soutenu, pour avoir été présentes à mes côtés et pour m’avoir aidé,
A vous tous frères, sœurs, oncles, tantes, cousins, cousines, amis et amies,
Et à ceux qui nous ont précédé dans l’au-delà, Je dédie ce travail.
REMERCIEMENTS
La reconnaissance et l’honnêteté font partie des grandes valeurs que doivent avoir un homme intègre, aspirant donc à cette fin il nous est donc impossible de terminer la présente étude sans pour autant présenter notre reconnaissance et nos remerciements les plus sincères aux personnes qui ont été à nos côtés durant notre parcours académique et à tous ceux qui nous ont soutenu d’une manière ou d’une autre durant celui-ci.
Nous ne pourrons pas terminer ce travail sans pour autant exprimer notre sincère reconnaissance et nos remerciements à Dieu qui nous a permis de tenir jusqu’au bout malgré les aléas de la vie.
Qu’il nous soit aussi permis d’exprimer au sein de ce travail nos remerciements les plus sincères au professeur émérite Augustin ILUNGA NDALA qui a accepté de diriger la réalisation de ce travail malgré ses multiples et importantes occupations. Au chef de travaux Delphin MUKALAY qui nous a encadré et orienté durant la réalisation du présent travail. Au corps professoral de l’Ecole Supérieure des Ingénieurs Industriels qui nous a encadré durant notre parcours académique.
Nos remerciements s’adressent une fois de plus à ma famille biologique et plus particulièrement à ma chère Viviane KATUMBA mère et femme forte, à ma tante Marie KAPAPA, à mes tantes Agnès et Médiatrice KANZA, à mes Oncles : Albert TWITE, Xavier KAZEMBE, Benjamin DYANDA ; à mes frères et sœurs : Betty MANDE, Jean MONGA, Barth MALUNGA, Marie BANZA et Albert TWITE ; à mes cousins et cousines : Ben DYANDA, Olivier MATANGA, Chris NSAMBI, Christian, Marie KAPAPA, Alice, Laurène MUKUMBI, Nathalie, Jojo, Junior KANZA, Patrick KANZA ; à Préfina, Brieuc, Candide, Soan, à Tantine Cendra et à papa Joseph MATANGA.
Nos remerciements s’adressent également à toutes les personnes qui me sont chères et à tous mes amis : Hauvette PEZU, Mardochée HAMICI, Benjamin MWENDA, Lucien KALULUA, Robert KIBOKO, Tharsis KABUNJI, Justin MALANGO, Blandy MWENZE, Blaise MBUYU, Orline KYUMA, Thassi KIKUNI, Jonathan PAYISAYO, Marc KASAMBAY, Karol Xavier IMWA, Dany MAZANGA, Toussaint, Sael, Gift, Esther, Tendresse, Tatiana, Christian, Gladys , Benita, Merveille, Prisca, Patrick, Lorack, Osé, Kadingi, MWALABA ainsi qu’à tous ceux qui de loin ou de près ont apportés d’une manière ou d’une autre une touche à ce travail.
Nos remerciements s’adressent aussi aux salésiens de DON BOSCO et particulièrement ceux qui nous ont encadrés au sein de la communauté DON MARIO ZANIN, Père Didace KATELE, Père Pamphile, Père Jacques S, Frère Thaddée B, Père Antoine W, Père Dieudonné M, Père Jean-Luc V, Père Pierre M, Abbé Evariste, merci au Home ZANIN qui nous a donné un toit, un couvert, un abri durant notre parcourt académique et à tous ses hôtes pour leurs soutient.
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
• RUMBU, R. (2018). Métallurgie Générale (éd.1). 2RA
• Marsden, O. & House, C. (2009), The chimistry of gold extraction (éd. 2). SME.
• BOUKHEMIKHEM, Z. (2010), Récupération du nickel et du manganèse dans les effluents industriels, Mémoire, Université des sciences et de la technologie HOUARI BOUMEDIENE, Algérie.
• Djenette, E. (2016), Lixiviation du Minerai du Zinc de Chabert El Hamra et Extraction Sélective des Métaux par la Salicylidèneaniline, thèse, Université Mohamed Khider–Biskra, Algérie.
• Schlesinger , M., King, M., Sole, K., & Davenport, W. (2011). EXTRACTIVE METALLURGY OF COPPER (éd. 5). ELSEVIER.
• Asma, N. (2018), Lixiviation et extraction du fer à partir de la roche ferrique de la mine de l’ouenza, Thèse, Université Mohamed Khider – Biskra, Algérie.
• Poulard F., Daupley X., Didier C., Pokryska Z., D’Hugues P., Charles N., Dupuy J.-J., Save M. (2017), – Exploitation minière et traitement des minerais. Collection « La mine en France ». Tome 6.
• Paul, P. (2021), Optimisation des paramètres de lixiviation d’un minerai mixte cuprocobaltifère cas du gisement de KAPULO), Mémoire G3, Université technologique KATUMBA MWANKE, RDC.
• Jacques, I. (2017), Etude du comportement d’un minerai mixte à la lixiviation en tank agité et décantation avec floculation au flomin » Cas du Black Shale de l’entreprise MMG KINSEVERE, Mémoire, Université de Likasi, RDC.
• Lauth, S.(2020), Optimisation des quelques paramètres de lixiviation del a trancheinférieureà75µm du remblai MG2 (cas du minerai de la carrière de KIBOLWE), Mémoire, Université de Lubumbashi, RDC.
• Under Pressure and feelin the Heat-SNC-Lavalin. Disponible sur ;
http://www.snclavali.com/fr-fr/beyond-engineering/under-pressure-and-feeling-the-heat. [Page consultée le 24-10-2021 à 10h].
• diagramme de Pourbaix, Wikipedia. Disponible sur :
http://Fr.m.wikipedia.org/wiki/Diagramme_de_Pourbaix. [page consultée le 21-01-2022 à 16h].
ANNEXES
Annexe 1. : Résultats des analyses des gâteaux
Granulométrie (%passant sur un tamis de 75µm)Temps de prélèvements30609012065%2,3383752,2608652,946572,6227370%2,3986451,806722,6457952,14024575%2,119231,5923652,4357952,05838580%1,1892351,52742,240551,736625