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Les différents types de traitement des minerais d’or

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Orpailleurs (XVIe siècle)

Gravure d'après Georg Bauer dit Agricola (1494-1555) à qui l'on doit le "De Re Metallica", une somme sur les connaissances du temps en matière de métallurgie et d'art minier.

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Quelques définitions

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Qu’est-ce qu’un minerai ? C’est une roche contenant des minéraux ou des métaux utiles en proportion suffisamment intéressante pour justifier l'exploitation. Exemples : La bauxite = minerai d’aluminium, la magnétite = minerai de fer…

Qu’est-ce qu’un minéral ? Solide naturel homogène, généralement inorganique, possédant une composition chimique définie et une structure atomique ordonnée. Exemples : la pyrite = sulfure de fer, la galène sulfure de plomb…

Qu’est-ce qu’un métal ? Les métaux sont des matériaux qui ont en commun certaines propriétés comme la conduction électrique, la conduction thermique, la ductilité (ils sont malléables), la réflexion de la lumière notamment. Exemples : le fer, le cuivre, le plomb, l’aluminium, l’or…

Qu’est-ce que le traitement des minerais ? Le traitement des minerais (appelée minéralurgie) ce sont les méthodes mises en œuvre pour séparer les minéraux ou le métaux de la roche encaissante afin de permettre leur récupération et leur valorisation.

Quelques définitions

Minerai d’or brut Concentré de table à secousses Lingots d’or 5

Un procédé minéralurgique comporte grossièrement deux étapes successives : - la préparation mécanique (fragmentation), composée d'un stade de concassage suivi d’un stade de broyage plus ou moins fin ; ces opérations s’effectuent en plusieurs étapes, avec des criblages intermédiaires visant selon le cas à éliminer une partie (stérile) du minerai ou à recycler vers l'amont les plus grosses particules ; -la séparation proprement dite des phases minérales intéressantes et de la roche encaissante stérile ; on peut utiliser des méthodes purement physiques (magnétiques, gravimétriques, optiques, électrostatiques, etc.), physico-chimiques (flottation, lixiviation, etc.), biochimiques (action de bactéries), ou chimique (grillage, solubilité).

Le concentré obtenu fait souvent l'objet d'un conditionnement final avant d'être envoyé vers la métallurgie

Les minerais d’or

Or natif dans un quartz (Guyane) Pyrite et Pyrrhotite aurifère (Maroc) Mispickel aurifère (Salsigne – Aude)

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L'or se présente souvent sous forme natif c’est-à-dire qu’il est constitué d'or quasi pur. Il peut être disséminé en particules de plus ou moins grandes dimensions (quelques microns à quelques millimètres) dans la roche encaissante (en Guyane c’est souvent du quartz – SiO2) où être un accompagnateur d’autres types de minerais (minerais d’arsenic, de cuivre, d’antimoine…)

Quelques propriétés de l’or

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Les différents types de gisements

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Or secondaire ou alluvionnaire : C’est l’or qui s’est libéré des roches et filons en place lors des différentes phases d’érosion et qui est venu se déposer dans les graviers des fonds de rivières en

formant ainsi ce que l’on appelle les « placers »

Or primaire : C’est l’or inclus dans les filons ou dans les roches en place qui

constituent les reliefs de Guyane

Mine d’or et typologies de traitements

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•Minerais ou l’or est libre et grossier (alluvions; éluvions; filonien oxydé)

- traitements physiques et physico-chimiques

- particules > 200 µm

- gravimétrique (de base : jig, sluice, tables)

- particules < 200 µm

- gravimétrique (base améliorée + centrifuge)

- flottation => hydro et pyrométallurgie

•Minerais ou l’or est libre mais finement disséminé (<< 50µm) ou inclus dans un

autre minéral (pyrite; arsénopyrite; zone sulfurée)

- traitement physique et physico-chimiques

- gravimétrique de pré-concentration (centrifuge)

- flottation

- traitements chimiques

- pré-traitement par bio-métallurgie ou voie thermique

- hydrométallurgie (cyanure; thyourée…)

Procédés gravimétriques

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Les procédés de traitement gravimétriques s’appuient sur une des propriétés physique de l’or, sa densité. Ces procédés consistent donc à travailler sur la différence de densité entre l’or (densité 19,3) et les autres minéraux qui l’accompagnent pour les séparer. Deux cas de figure se présentent en fonction des types de gisements que nous venons de voir. Soit le gisement est de type alluvial, éluvial ou de type filonien très oxydé au quel cas l’or est libéré et se présente sous la forme de paillettes, de grains ou de pépites. Dans ce cas il n’y a pas de préparation mécanique préalable, autre que le débourbage du minerai et le traitement gravimétrique s’applique directement sur le gravier aurifère. Soit le gisement est primaire, en roche meuble, altérée ou plus ou moins dure et compacte et dans ce cas il faudra faire subir au minerai une préparation mécanique destinée à libérer l’or contenu dans la roche (concassage, broyage, cyclonage).

Typologie des appareils de concentration gravimétrique en milieu

humide

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Différents principes de fonctionnement => gamme de travail

- Couche lamellaire (sluice, cône, spirale)

- phénomène de saltation

- Stratification (jigs)

- accélération différentielle pulsion/succion

- Secousse (table à secousses..)

- accélérations différentielles et couches

- Effet centrifuge (bol centrifuge)

- accélération radiale variable jusqu’à 300G

Les équipements de concentration gravimétrique : Le Sluice

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Agricola 1555

Alimentation

de la pulpe

Support métallique ou bois

avec tapis + métal déployé

sur lequel repose les riffles

Accumulation des lourds

en fond de riffle

Evacuation des

légers

Utilisation des peaux de

chèvres comme tapis

Débit d'eauen m3/h

Largeur du sluiceen m

Débit de gravieren m3/h

8 – 1025

60 – 90125

0.600.901.001.50

0.3 – 0.40.9

2.5 – 3.04.5

Les équipements de concentration gravimétrique : Le Sluice

Quelques exemples de

sluices des années

passées

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Les équipements de concentration gravimétrique : Le Sluice

Quelques exemples de

sluices utilisés sur les

exploitations

alluvionnaires de

Guyane de nos jours

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Les équipements de concentration gravimétrique : Le Jig

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Alimentation

de la pulpe

eau de procédé

Rejets (légers)

Concentrés (lourds)

Typologie des jigs

• à grille mobile (sg-Hancock)

• à grille fixe

- piston (sg-Harz)

- diaphragme (sg-Bendelari/Ruoss)

(tg-Denver/Wemco/Yuba/

Richards/PanAm ’s/IHC)

- pneumatique pulsatoire (tg-Batac)

sg = recueil des concentrés sur la grille

tg = les concentrés traversent la grille

Les capacités varient de 5 à 30 Tms/h par m² de grille

Les équipements de concentration gravimétrique : Le Jig

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Quelques exemples

de Jigs

Les équipements de concentration gravimétrique : La Spirale

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Les spirales

Matériel rustique sans pièces tournantes

capacité maximale unitaire # 6 Ts/h à Cs%=25-35

Alimentation

de la pulpe eau

Evacuation

des légers

Evacuation des

lourds à

chaque

1/2 tour

Sortie des

concentrés Coupe de la spirale

Spirale triple

Roche Mining

Zone des légers

Evacuation

des Lourds

Zone des mixtes

Zone des Lourds

Lavage

Les équipements de concentration gravimétrique : Les concentrateurs

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Alimentation

de la pulpe

Eau de procédé

(fluidisation-lavage)

Rotation

de l ’axe

Evacuation axiale

des concentrés

Système de séparation des

particules à la base des riffles

Bol à évacuation continue => préconcentration

séquentielle => concentration

Cs% # 30%

capacité de 5 kg/h à 1 t/h en concentration

1 à 1000 t/h en préconcentration

Les équipements de concentration gravimétrique : Les concentrateurs

Quelques exemples de concentrateurs gravimétriques : KNELSON, FALCON, SILSAN 19

Les équipements de concentration gravimétrique : Les tables à secousses

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Alimentation

de la pulpe

Eau procédé

Sortie des

Concentrés

lourds

Sortie des

mixtes

Sortie des

rejets légers

Table à secousses Holman-Wilfley

Les équipements de concentration gravimétrique : Les tables à secousses

Quelques exemples de tables à secousses et de tables à vagues 21

Conclusion sur les procédés gravimétriques

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Gamme de fonctionnement en mm

Mode de séparation Equipements minimum maximum Besoin en eau Capacité

Stratification jig conventionnel 0.100 100 important moyenne

jig circulaire 0.050 100 important grande

jig centrifuge 0.020 2 important moyenne

Lamellaire sluice 0.150 10 important moyenne

sluice pulsé 0.100 10 important moyenne

couloir 0.150 2 important faible

cône Reichert 0.050 1.5 faible grande

sluice pincé 0.050 1.5 faible moyenne

spirale 0.030 2 moyen moyenne

Secousse table à secousses 0.020 2 moyen moyenne

table orbitale 0.010 0.070 important faible

courroie rainurée 0.010 0.030 important faible

Centrifuge bol centrifuge 0.010 1.7 très important grande

Décantation entravée séparateur densimétrique 0.070 0.6 moyen grande

Air sec jig pneumatique 0.150 25 nul moyenne

table pneumatique 0.250 6 nul faible

inspiré de Laplante

- Nécessitent que l’or soit libre ou libéré par broyage

- Fonctionnent mal pour les particules d’or très fines ≤ 10 µm

Les procédés physico-chimiques : la flottation

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La flottation est une technique de séparation fondée sur des différences d’hydrophobicité des surfaces des particules à séparer. Elle est utilisée en minéralurgie.

Procédé de séparation d'un mélange de corps finement broyés, utilisant la propriété qu'ont

certaines substances en milieu aqueux de fixer des bulles d'air, acquérant ainsi une densité

artificiellement réduite.

Les minéraux hydrophobes s'accrochent spontanément aux bulles d'air contenues dans un

bain liquide et tendent à remonter à la surface, les minéraux hydrophiles tombent au fond du

bain. La flottation utilise cette propriété en activant les caractères hydrophobes (grâce à des

collecteurs) et hydrophiles (grâce à des déprimants). La séparation de la gangue et des

minéraux est réalisée dans des cellules de flottation, grands bacs de plusieurs m3 où l'on

introduit la pulpe, mélange d'eau et des produits à séparer préalablement broyés à 100 ou

200 μm. Une agitation est entretenue pour maintenir les particules en suspension et des

produits moussants (huile de pin, alcools, acide crésylique) favorisent la formation de bulles

d'air. La mousse enrichie en minéral hydrophobe est évacuée par débordement. La flottation

est utilisée industriellement pour concentrer les minerais de nombreuses substances

minérales, métalliques ou non, particulièrement les minerais sulfurés, mais aussi les

charbons, les phosphates, la fluorine, etc.

Les procédés physico-chimiques : la flottation

Principe de la flottation 24

Les procédés physico-chimiques : la flottation

Exemple d’usines de flottation 25

Conclusions sur la flottation

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Les procédés de traitement par flottation :

- Nécessitent un broyage du minerai assez fin entre 100 et 200 µm ;

- Nécessitent l’utilisation de matériel spécifique et une bonne connaissance et

maitrise dans les techniques de la flottation (utilisation des collecteurs, des

moussants, des activants, des déprimants, des dispersants…) ;

- Permettent de concentrer les teneurs initiales (on passe de quelques g/t à

quelques milliers de g/t) ;

- Mais ce concentré requière un traitement postérieur afin de récupérer le métal à

valoriser car la flottation conduit à l’obtention de concentrés riches en différents

éléments (or, cuivre, fer etc.) qu’il faudra traiter ultérieurement par d’autres

méthodes.

Les procédés hydrométalurgiques : La cyanuration

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L'extraction hydrométallurgique par cyanuration : inventée en 1888, est le procédé le plus utilisé

(environ 80 % de la production mondiale).

Le minerai broyé (< 0,1 mm) est traité par une solution diluée de cyanure de sodium en milieu basique

(pH > 10) et en présence d’oxygène :

4 Au + 8 CN- + O2 + 2 H2O –––> 4 Au(CN)2- + 4 OH-

La solution contenant le complexe aurocyanure peut être traitée par cémentation (procédé Merrill-

Crowe) par du zinc, mais de plus en plus, la fixation de l'or sur charbon actif est utilisée.

Une tonne de charbon actif peut adsorber 70 kg d'or. La solution d'ions aurocyanures et la pulpe ne sont

pas séparés et passent dans des cuves contenant le charbon actif. Le temps de contact charbon-pulpe

est de l'ordre de 1 h, le temps de séjour du charbon de plusieurs jours. L'or est récupéré en traitant le

charbon par une solution chaude (70°C) à 1 % de soude et 0,1 % de NaCN.

Le charbon est recyclé après chauffage à 600-750°C, à l'abri de l'air.

L'or est récupéré par électrolyse. Il se dépose sur une cathode en laine de fer, puis est fondu. L'or

obtenu est de haute pureté.

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Cyanuration dynamique

o Par agitation • Agitateur

• Broyeur

• Agitateur type Wallace

• Pachuca

Lixiviation statique

o Cyanuration en tas

Procédés de cyanuration

Les procédés hydrométalurgiques : La cyanuration

La cyanuration dynamique en cuve

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Lixiviation dynamique Par agitation

Agitateur

Pachuca

Broyeur à boulets

Conditions : d80 : 150…45 µm % solides : 35…50 % pH : 9,5…11,5 Injection d'air

Agitateur type

Wallace

La cyanuration dynamique en cuve

Quelques exemples de cyanuration en cuve agitée 30

La lixiviation en tas

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Conditions : Tas de 5…15 m pH : 9,5…11,5 Cinétique : f(porosité)

Lixiviation statique Cyanuration en tas

La lixiviation en tas

Quelques exemples de lixiviation en tas 32

La lixiviation en tas : l’exemple de la mine de Changement (Guyane)

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En 1985 est mis en exploitation le gisement de Changement, situé à proximité de CACAO, duquel est extrait l’or de la zone oxydée par le procédé de lixiviation en tas (cyanuration) alors inédit en Guyane. Le traitement du minerai de Changement par lixiviation en tas sera opérationnel de 1988 à 1997, date de la fermeture de la mine en raison de l’épuisement des réserves.

Conclusions sur la cyanuration

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Paramètre Méthode de cyanuration

Statique Dynamique

En tas Par agitation

Teneur Au (g/t) Faible Élevée

Tonnage (t) 5 000 à 2 000 000 Élevé

Investissement Moyen Élevé

Granulométrie Concassage Broyage fin

Concentration NaCN 0,5…1,0 g/l 0,5…1,0 g/l

Débit solution 0,1…1,0 l/m2/min Variable

Rendement Au 50…75 % 90…99 %

Durée opération Semaines Heures … jours

Teneur solution Diluées (0,3…3,4 mg Au/l) Concentrées

Procédé récup. Au Merrill-Crowe, CIC Merrill-Crowe, CIP, CIL

Principaux problèmes Récupération incomplète Broyage

Surfaces importantes Lavage contre-courant

Surfaces imperméables Décantation / filtration

Tuyauteries Investissement élevé

Présence de fines

Précipitations

Évaporation

Solutions diluées

Conclusions sur la cyanuration

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Procédé parfaitement maîtrisé moyennant précautions d'usage

Technologie très utilisée y compris par des mineurs artisanaux

Diversité de procédés permettant de s'adapter au minerai

Nécessité d'optimiser les conditions opératoires (essais laboratoire)

Obligation de gérer les effluents avant élimination (destruction cyanure)

Meilleure gestion des ressources naturelles et rentabilité accrue

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Lixiviants alternatifs au cyanure

Parmi les procédés alternatifs à la cyanuration étudiés, trois ont fait l’objet d’études et de recherches approfondies :

Thiourée: NH2CSNH2, réaction anodique : Au+2CS(NH2)2= Au(CS(NH2)2)+

2+e- pH 1-2 H2SO4; Eh +150 à 250mV; lix 1%; lix 2 kg/t; Cin <0,5h

Thiosulfate: S2O32-

2Au+0,5O2 +4S2O32- + H2O = 2Au(S2O3)2

3- + 2OH-

pH 9; lix élevé

Thiocyanate: SCN-

Au + 2SCN- = Au(SCN)2- + e-

pH 1-3

Lixiviants alternatifs au cyanure

37

Lixiviants alternatifs au cyanure

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x 12 à 32 x 2 à 3 x 24 à 54

NB: avec rendements d’extraction non comparables

Conclusion sur les lixiviants alternatifs au cyanure

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A ce jour, il n’existe encore pas d’alternative industrielle à l’utilisation du

cyanure pour solubiliser l’or; que ce soit en termes de :

- coût,

- simplicité d’emploi,

- connaissance du produit,

- rendement d’extraction,

- facilité à le détruire.

Conclusion générale

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Pour les traitements des minerais d’or il existe globalement trois grands types de procédés de traitement

1 – Les procédés gravimétriques sur minerais alluvionnaires ou primaires. Ce sont les seuls utilisés actuellement en Guyane. Ils ont des performances limitées car ils ne concernent que l’or libre ou libéré, de granulométrie suffisamment importante pour donner de bons résultats en fonction des appareillages utilisés. Ils ne permettent que très rarement d’obtenir des bons rendements (pour les minerais primaires ≤ 50 %)

2 – La flottation. Elle s’adresse aux minerais primaires oxydés ou sulfurés. Elle nécessite un broyage assez fin (100 à 200 µm) et une bonne maitrise du procédé. Dans tous les cas elle ne permet d’obtenir qu’un concentré enrichit qui devra subir un traitement ultérieur (souvent une cyanuration).

3 – La cyanuration. C’est de loin le procédé le plus répandu dans le monde pour le traitement des minerais d’or. En 2000 sur 875 mines d’or en activité 460 utilisaient le cyanure soit 47%. La cyanuration permet de récupérer l’or très fin avec des taux de récupération élevés (souvent supérieurs à 90 %). Deux méthodes dominent, la cyanuration dynamique en cuve agitée et la lixiviation en tas (statique) qui a été utilisée de 1987 à 1997 sur la mine de Changement (Guyane).

Les différents types de traitement des minerais d’or

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Nous vous remercions de votre attention