Optimisation de la lixiviation du minerai oxydé cupro cobaltifère de la mine de Kamfundwa par une approche basée sur la méthodologie de Taguchi
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
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.
EPIGRAPHE
Si vous ne courez pas après ce que vous voulez, vous ne l’aurez jamais. Si vous ne demandez pas, la réponse sera toujours non. Si vous ne faites pas un pas en avant, vous resterez toujours au même endroit
Nora Roberts.
DEDICACE
A toi mon Dieu, maitre des temps et des circonstances ; pour tous les bienfaits dont tu m’as fait grâce depuis ma naissance jusqu’à ce jour. Je ne cesserais de te louer et te glorifier.
A toi ma très cher mère, Mwema Munyungu aimerance. Autant de phrases aussi expressives soient-elles ne sauraient montrer le degré d’amour et d’affection que j’éprouve pour toi. Tu m’as comblé avec tendresse et affection tout au long de mon parcours. Tu n’as cessé de me soutenir et de m’encourager durant toutes les années de mes études, tu as toujours été présente à mes côtés pour me remonter la morale quand il le fallait. En ce jour mémorable pour moi, ainsi que pour toi, reçoit se travail en signe de ma vive reconnaissance et ma profonde estime. Puisse le tout puissant te donné santé, bonheur et longue vie afin que je puisse te combler à mon tour.
A toi mon très cher père, Mande Ngoie John. Aucun hommage ne peut être à la hauteur de tous tes enseignements. Tel le laboureur et ses enfants, tu n’as cessé de nous préparer aux difficultés de la vie. Force, courage et détermination sont là les trois mots qui feront toujours partir de ma vie.
A toi ma seule grande sœur, Kitwa Kasongo Raïssa. Je t’écris ces mots tout en ayant le cœur très joyeux et très émus. Je serais très ingrat de ne pas te remercier pour ces années universitaires passer à tes cotés car tu as été mon plus grand réconfort. Que le très haut te bénisse grande sœur.
A toi mon vieux, mon grand frère, Dan Mande Nkomba. Merci d’avoir mené ta mission avec succès, sans toi et tes conseils la Polytech aurais été un calvaire pour moi. Je te dédie se travail en te présentant mes sincère respect.
A vous mes sœurettes, Davina Mande et Marina Mwema. Le désir de vouloir être quelqu’un dans la vie ne se manifestais que quand vous êtes venue aux mondes. Se désirs de vouloir prendre soin de vous me propulse dans un avenir meilleur. Merci d’être les merveilleuses petites sœurs qu’un grand frère avoir.
REMERCIEMENTS
Ce mémoire rentre dans le cadre de l’obtention du diplôme d’ingénieur bachelier en sciences de l’ingénieur. Toute œuvre scientifique n’est pas essentiellement le résultat d’une réflexion individuelle, mais elle bénéficie également du concours de plusieurs personnes, dans le sens de sacrifices, d’encouragements, des conseils et des soutiens tant moraux, spirituels que matériels, et à qui notre « merci » devient trop petit pour exprimer notre gratitude.
Nos remerciements les plus sincères s’adressent avant tout au Professeur Guy NKULU, au CT MBUYA, l’Assistant MAHINGWE qui, malgré leurs multiples occupations, ont accepté de nous diriger ; c’est grâce à leurs conseils et remarques que ce travail a eu une dimension scientifique.
Nous remercions également Mr MWEPU, Directeur du Département d’Etudes Métallurgiques de la Gécamines, qui nous a accepté dans ses installations. Au chef de la division hydrométallurgie de EMT Mr Patrick TSHIBANDA et ses collaborateurs Mr Fidèle, Mme Cécile, Mr alliance SENGA.
Notre mot de remerciement s’adresse également à tout le corps professoral de la Faculté Polytechnique pour toutes ces connaissances qu’ils n’ont cessé de nous apporter tout au long de notre carrière scientifique.
Notre marque de reconnaissance s’adresse également à la famille KATOLO, de nous avoirs héberger et considérer comme leur propre enfant. Que le seigneur vous bénisse.
A vous mes meilleurs amis : MUTSHANGA SONDOY OLIVIER, MALOKO BIN KYANGHO YANNICK, NUMBI NGOIE GLOIRE.
A mes nouveaux amis, collègue de promotion et combattant de lutte trouvent ici l’expression de notre profonde gratitude pour tant d’amitié et de fraternité, il s’agit de : MUKATSHUNG A MULAJ Joel, TSHISER HAMI MAHAKU Abbel, SOMPO MUFWAYA Jospin,
TABLE DES MATIERES
RESUME 1
EPIGRAPHE 2
DEDICACE 3
REMERCIEMENTS 4
LISTE DES TABLEAUX 1
LISTE DES FIGURES 2
INTRODUCTION 3
CHAP I LIXIVIATION ACIDE DES MINERAIS OXYDES CUPROCOBALTIFERE 4
I.1 Généralités 4
I.1.1. Types de lixiviation 5
I.1.2. Techniques de lixiviation 7
I.2. Lixiviation acide des minerais oxydés de cuivre 9
I.3. Lixiviation acide des minerais oxydés de cobalt 10
I.3.1. Lixiviation en présence du SO2 10
I.3.2. Lixiviation par le H2SO4 11
I.4. Thermodynamique de réactions de lixiviation. 11
I.4.1. Diagramme tension-pH du système Cu- 12
I.4.2. Diagramme tension-pH du système Co- 13
I.4.3. Diagramme tension-pH du système Fe- 15
I.5. Cinétique des réactions de lixiviation et transfert des matières 16
I.5.1. Introduction 16
I.5.2. Ordre d’une réaction 16
I.5.3. Cinétique homogène 19
I.5.4. Cinétique hétérogène (cinétique de lixiviation) 19
I.5.5. Influence des conditions opératoires 21
I.6. Conclusion 23
CHAPITRE II METHODOLOGIE DES PANS D’EXPERIENCES 25
II.1. Plans d’expériences 25
II.1.1 Notion d’espace expérimental 25
II.1.2. Intérêts des plans d’expériences 26
II.1.3. Etapes d’une étude par plans d’expériences 26
II.2. Méthodologie de taguchi 29
II.3. Analyse de la variance (Guy nkulu, 2012) 31
II.3.1. Calcul de somme des carrés (sum of square) 32
II.3.2. Calcul des degrés de libertés (degree of freedom) 33
II.3.3. Calcul de carrés moyen (variance) 33
II.4 Conclusion 34
CHAP III MATERIEL ET METHODES 35
III.1. Présentation du site de Kamfundwa 35
III.1.1. Localisation géographique du gisement 35
III.1.2. Description géologique du gisement de Kamfundwa 35
III.2. Echantillonnage 35
III.3. Analyse 36
III.3.1. Caractérisation minéralogique 36
III.3.2. Caractérisation chimique 36
III.3.3. Caractérisation granulochimique 36
III.4. Procédures expérimentales 38
III.4.1. Test de broyabilité 38
III.4.2. Essais de lixiviation 39
III.4.3. Méthodes d’analyse 41
III.4.4. Choix des facteurs 42
III.4.5. Essais de lixiviation réaliser à l’aide du plan d’expérience de taguchi 42
III.4.6. Analyse par la méthode de taguchi et ANOVA 43
III.4.7. Evaluation d’une opération de lixiviation 44
III.4.8. Protocole expérimental 46
CHAP IV PRESENTATION ET ANALYSE DES RESULTATS 47
IV.1. Introduction 47
IV.2. Résultats des essais de lixiviation et rapport Signal/Bruit 48
IV.3. Analyse des résultats par la méthode de taguchi 49
IV.4. Analyse de la variance 58
IV.4.1. Interprétation des résultats pour la fonction optimisation des réponses 61
IV.5. Conclusion 63
CONCLUSION GENERALE 65
BIBLIOGRAPHIE 66
LISTE DES TABLEAUX
Tableau 1: Différentes formes du rapport Signal/Bruit 31
Tableau 2: Analyse chimique du minerai de Kamfundwa 36
Tableau 3: Analyse granulochimique du minerai de Kamfundwa 37
Tableau 4: Différents de refus en fonction du temps de broyage 38
Tableau 5: Différents facteurs et leurs niveaux de variation 42
Tableau 6: Table de taguchi L16(4^4 2^1 42
Tableau 7: Résultats des essais de lixiviation et rapport Signal/Bruit 48
Tableau 8: Rapport Signal/Bruit préférer plus grand pour le rendement de solubilisation du cuivre 50
Tableau 9:Rapport Signal/Bruit préférer plus grand pour le rendement de solubilisation du cobalt 52
Tableau 10: Rapport Signal/Bruit préférer plus petit pour le rendement de solubilisation du fer 54
Tableau 11:Rapport Signal/Bruit préférer plus petit pour la consommation d’acide 56
Tableau 12: Analyse de la variance pour le rendement de solubilisation du cuivre 58
Tableau 13:Analyse de la variance pour le rendement de solubilisation du cobalt 59
Tableau 14: Analyse de la variance pour la solubilisation du fer 59
Tableau 15: Analyse de la variance pour la consommation d’acide 60
Tableau 16: Les optimums pour la lixiviation du minerai de Kamfundwa 63
LISTE DES FIGURES
Figure 1: Diagramme de Pourbaix du système cuivre-eau à 25°C 12
Figure 2: Diagramme de Pourbaix du système cobalt-eau à 25°C 13
Figure 3: Diagramme de Pourbaix du sytème fer-eau à 25°C 15
Figure 4: représentation d’un facteur par un axe gradué et orienté 25
Figure 5: Représentation graphique d’un espace expérimental 26
Figure 6: Représentation graphique de la méthode traditionel 27
Figure 7: Représentation graphique de la méthode des plans d’expérience 28
Figure 8: Courbe de broyabilité 39
Figure 9:Graphique des effets principaux pour rapport Signal/Bruits moyen pour le rendement de solubilisation du cuivre 51
Figure 10:Graphique des effets principaux pour rapport Signal/Bruits moyen pour le rendement de solubilisation du cobalt 53
Figure 11: Graphique des effets principaux pour rapport Signal/Bruits moyen pour le rendement de solubilisation du fer 55
Figure 12: Graphique des effets principaux pour rapport Signal/Bruits moyen pour la consommation d’acide 57
Figure 13: Diagramme d’optimisation pour la lixiviation du minerai de Kamfundwa 62
BIBLIOGRAPHIE
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