Métaux | Texte intégral gratuit | Effet de l’incorporation de sulfatation dans la modélisation en colonnes des minéraux de cuivre oxydés sur les prédictions de la cinétique de lixiviation

Le Chili a produit 5,7 millions de tonnes de cuivre en 2021, ce qui en fait le premier producteur mondial. Le Pérou et la Chine étaient respectivement les deuxième et troisième producteurs, avec 2,3 et 1,9 millions de tonnes. [1]. Cette production est atteinte de deux manières : (i) concentration par flottation pour les minerais sulfurés de cuivre et (ii) lixiviation hydrométallurgique, extraction par solvant et extraction électrolytique pour les minerais de cuivre oxydés. [2,3]. Le Chili est également en tête de la production de cuivre par hydrométallurgie, atteignant 1,4 million de tonnes en 2022. [4]. Pour les minerais de cuivre oxydés, la méthode de traitement la plus largement utilisée consiste à réduire la taille du minerai, à l’agglomération et au durcissement, à la lixiviation en tas, à l’extraction par solvant et à l’extraction électrolytique. La lixiviation en tas est un procédé hydrométallurgique largement utilisé dans l’industrie minière. En raison de ses avantages économiques et environnementaux, il a été considéré comme une voie de traitement courante pour l’extraction de minerais à faible teneur. Compte tenu de son importance, diverses enquêtes ont été menées pour améliorer ses performances et prédire les résultats du processus. Une approche a consisté à développer des modèles mathématiques qui simulent la lixiviation en tas et peuvent démontrer efficacement l’effet des variables d’entrée sur les performances de lixiviation. Ces modèles ont révélé que le choix des paramètres d’entrée appropriés peut avoir un impact significatif sur les performances de lixiviation, soulignant l’importance d’une attention particulière lors de l’optimisation du processus. [5,6]. Outre l’étude des variables impliquées dans le phénomène de lixiviation, une optimisation efficace des coûts est essentielle à la lixiviation des minerais, principalement lorsqu’il s’agit de minerais à faible teneur. Ces problèmes posent diverses complexités qui doivent être résolues de manière appropriée, et tout écart pourrait avoir des conséquences importantes. De cette façon, il est essentiel d’équilibrer les effets des variables sur la récupération du métal (et d’autres indicateurs de procédé) et les coûts associés à la récupération du métal. [7]. L’irrigation des tampons de lixiviation en tas implique divers sous-processus tels que l’advection, la diffusion inter-particules, la diffusion intra-particules et les réactions chimiques. [8,9]. Les gisements de minerai présentent des conditions hydrodynamiques hétérogènes et des modèles à double porosité ont été développés pour décrire l’écoulement. Cependant, la plupart des modèles de lixiviation simplifient le lit de minerai en une seule phase régie soit par l’advection, soit par la diffusion. [10,11,12].

D’autre part, avant la lixiviation des minerais d’oxyde de cuivre et de sulfures secondaires, des techniques de durcissement acide et d’agglomération sont couramment utilisées pour améliorer l’extraction du cuivre. L’agglomération est le processus de liaison des particules fines aux plus grossières, ce qui augmente finalement la perméabilité d’un tas de minerai. D’autre part, le durcissement acide inhibe la dissolution de certains silicates et accélère le processus d’extraction du cuivre. [13,14,15]. Le durcissement provoque la sulfatation des particules solides du minerai de cuivre avec de l’acide sulfurique concentré, ce qui favorise des conditions favorables à la lixiviation. [16,17]. Lors du durcissement, la sulfatation lors de la lixiviation est un processus important car la préparation des minerais par sulfatation du cuivre provoque une dissolution du cuivre plus rapidement, augmentant la vitesse d’extraction et diminuant les temps de cycle de lixiviation. Aujourd’hui, cette étape est toujours présente dans les processus de lixiviation des minéraux de cuivre oxydés en raison de ses effets prouvés, principalement dans les premiers jours de la cinétique de lixiviation.

Concernant les essais pilotes en colonnes, les travaux d’essais de lixiviation en tas consistent à charger le minerai dans des colonnes et à l’irriguer avec une solution de lixiviation. Les mesures quotidiennes de la solution de drainage calculent l’extraction des métaux au fil du temps. Des colonnes de la même hauteur que les tas commerciaux du laboratoire sont utilisées pour représenter un petit segment [18]. Ce type d’étude est essentiel pour passer du laboratoire aux applications industrielles. Des tests de lixiviation sur colonne sont nécessaires pour obtenir les paramètres pertinents et l’effet des variables dans un environnement pertinent. [19]. Gómez a étudié la cinétique de récupération du cuivre oxydé lors d’essais en colonne sur un échantillon sans sulfatation et un autre avec de l’acide sulfurique. Au premier jour de lixiviation, la récupération du cuivre a atteint 3,40 % pour l’échantillon minéral sans sulfatation contre 25,72 % pour l’échantillon minéral sulfaté. Au jour 3 de lessivage, elle était de 19,75% contre 41,46%, et au jour 5, elle était de 33,32% contre 48,95% [20]. La modélisation mathématique de la lixiviation en colonnes est un outil utile pour prédire et évaluer la cinétique de l’extraction du cuivre. Il existe deux modèles principaux qui décrivent ce processus : le modèle de conversion progressive et le modèle de base rétractable. Cependant, le facteur de sulfatation n’est incorporé dans aucun d’entre eux. Le premier modèle considère une particule solide sphérique poreuse. Il considère également que les espèces minéralogiques présentes dans l’échantillon réagissent avec l’acide de manière continue et progressive tout au long de la particule. [21]. L’autre modèle, le modèle à noyau rétractable, explique mieux le comportement des processus de lixiviation minérale qui présentent une minéralisation relativement homogène et est largement utilisé. [22,23].