Techniques et méthodes de traitement de l'or à partir du minerai
Le traitement de l'or à partir du minerai consiste en une série d'opérations techniques visant à séparer et à purifier l'or contenu dans les roches renfermant des minéraux précieux. L'or n'étant généralement pas présent à l'état pur dans la nature, des méthodes précises sont nécessaires, depuis la préparation du minerai jusqu'au raffinage final, en passant par la séparation physique, la lixiviation. Cet article présente les techniques et méthodes courantes de traitement de l'or à partir du minerai, ainsi que leurs principes de fonctionnement, leurs avantages et inconvénients, et les principaux aspects liés à la sécurité et à l'environnement.
1. Caractéristiques du minerai d'or et importance des essais initiaux
Avant de choisir une méthode de traitement, une étape cruciale consiste à comprendre les caractéristiques du minerai. Le minerai d'or peut être :
– Minerais d'oxyde (généralement plus faciles à traiter).
– Minerais sulfurés (souvent « réfractaires » car l’or est piégé dans des minéraux sulfurés tels que la pyrite/arsénopyrite).
– Minerai carboné ou pré-absorption (le carbone naturel absorbe le complexe aurifère, réduisant ainsi la récupération).
– Placer/alluvions (grains d'or libres dans le sable/gravier de rivière).
Dans la pratique industrielle, des essais métallurgiques tels que l'analyse de la teneur en or (essai au feu), les essais minéralogiques (microscopie/DRX) et les essais de lixiviation à l'échelle du laboratoire sont effectués pour estimer la récupération et déterminer la voie de traitement la plus efficace.
2. Préparation du minerai : concassage et broyage
La première étape du traitement consiste à réduire la taille du minerai afin de libérer les minéraux aurifères des roches impures.
1) Écrasement
Le minerai extrait de la mine est généralement de grande taille, puis concassé à l'aide d'un concasseur à mâchoires ou d'un concasseur à cône jusqu'à une taille de quelques centimètres.
2) Broyage/moulage
Ensuite, le minerai est broyé à l'aide d'un broyeur à boulets ou d'un broyeur SAG pour obtenir une taille plus fine (par exemple, 80 % passe entre 75 et 150 microns), en fonction des exigences de libération.
L'objectif n'est pas seulement d'affiner le matériau, mais d'obtenir une granulométrie optimale. Un matériau trop grossier rend l'extraction de l'or difficile, tandis qu'un matériau trop fin augmente la consommation de réactifs et complique la séparation solide-liquide.
3. Concentration gravitationnelle : Exploiter les différences de densité relative
Si le minerai contient de l'or libre relativement grossier, la méthode gravimétrique est très efficace car l'or a une densité élevée.
Équipements communs :
– Boîte à écluses (courante à petite échelle/en plastique).
– Concentrateur spiralé.
– Table vibrante.
– Concentrateur Knelson ou concentrateur Falcon (concentrateur centrifuge).
Les avantages de la méthode gravimétrique résident dans sa relative simplicité, ses faibles coûts d'exploitation et son indépendance vis-à-vis des produits chimiques. Parmi ses inconvénients, on peut citer son inefficacité pour l'or très fin ou l'or lié à des minéraux sulfurés.
4. Flottation : Concentration des minéraux aurifères
Dans les minerais sulfurés, l'or est souvent associé à la pyrite, à la chalcopyrite ou à l'arsénopyrite. Dans ces cas, la flottation permet d'obtenir des concentrés de sulfures à haute teneur, réduisant ainsi le volume de matière à traiter ultérieurement.
Principe de flottaison :
– Les particules minérales sont rendues hydrophobes grâce à des collecteurs (par exemple, le xanthate).
– De l’air est insufflé afin que les minéraux hydrophobes adhèrent aux bulles et flottent sous forme de mousse (concentré).
– D’autres minéraux restent dans la pulpe sous forme de résidus.
Les produits de flottation (concentrés) sont généralement traités ultérieurement par des procédés de lixiviation ou d'oxydation (en particulier pour les minerais réfractaires).
5. Lixiviation : dissolution chimique de l'or
La lixiviation est au cœur de nombreuses usines de traitement de l'or modernes. L'or libéré est dissous dans un complexe soluble puis récupéré.
a) Cyanuration
La méthode industrielle la plus répandue est la lixiviation au cyanure, car elle est efficace et sélective pour de nombreux minerais. L'or forme des complexes solubles dans les solutions de cyanure en milieu alcalin et en présence d'oxygène.
Deux configurations courantes :
– CIL (Carbon-in-Leach) : le charbon actif est placé directement dans le réservoir de lixiviation pour absorber l'or dissous.
– CIP (Carbon-in-Pulp) : la lixiviation est effectuée en premier, puis la carbonisation à l'étape suivante.
Avantages : taux de récupération élevé sur les minerais appropriés et éprouvé à grande échelle.
Défi : nécessite un contrôle strict des paramètres de processus et une gestion sûre des déchets.
b) Lixiviation en tas
Pour les minerais à faible teneur et perméables, on utilise la lixiviation en tas :
– Le minerai est concassé, parfois aggloméré, puis empilé sur une plateforme étanche.
– La solution de lixiviation est versée (arrosée) par le haut.
– La solution concentrée est recueillie en aval et traitée pour récupérer l'or.
Cette méthode présente des coûts d'investissement inférieurs à ceux des installations CIL/CIP, mais elle est généralement plus lente et le taux de récupération peut être inférieur.
c) Alternatives sans cyanure (selon la faisabilité)
Certaines alternatives qui ont été étudiées/mises en œuvre sont limitées :
– Lixiviation au thiosulfate (potentiel de vol de prégné-malaxage du minerai).
– Lixiviation des halogénures (chlorure/bromure dans certaines conditions).
Cependant, son application requiert généralement un contrôle de processus plus complexe et n'est pas aussi courante que la cyanuration dans de nombreuses mines.
6. Traitement des minerais réfractaires : oxydation avant lixiviation
Les minerais réfractaires sont des minerais dans lesquels l'or est « piégé » dans des minéraux sulfurés ou bloqué par une matrice spécifique, ce qui rend le cyanure inefficace sans prétraitement. Les méthodes de prétraitement comprennent :
1) Rôtissage
Les sulfures s'oxydent à haute température, exposant davantage l'or. Un contrôle des émissions (par exemple, SO₂/As) est nécessaire.
2) Oxydation sous pression (POX)
Oxydation en autoclave sous pression d'oxygène. Le rendement peut être élevé, mais les coûts d'investissement sont importants.
3) Bio-oxydation (BIOX)
L'oxydation des sulfures par des bactéries se fait dans des conditions contrôlées. Ce procédé est plus écologique que la torréfaction, mais il nécessite un temps de traitement et la gestion d'un bioréacteur.
Après la pré-oxydation, le minerai/concentré est lixivié (généralement avec du cyanure) pour dissoudre l'or.
7. Récupération de l'or en solution : charbon actif, résine et précipitation
Une fois l'or dissous, l'étape suivante consiste à le retirer de la solution.
– Adsorption sur charbon actif (CIP/CIL) : le charbon adsorbe le complexe d’or. Le charbon est ensuite élué (décapé) à l’aide d’une solution spéciale pour libérer l’or.
– Résine dans la pulpe (RIP) : la résine échangeuse d'ions remplace le carbone dans certaines conditions, parfois plus résistant à l'encrassement.
– Précipitation du zinc (Merrill-Crowe) : la solution riche est clarifiée et désoxygénée, puis l’or est précipité à l’aide de poudre de zinc. Cette méthode convient aux solutions relativement pures.
Le résultat final est généralement une boue/un concentré qui est ensuite fondu en doré (un alliage or-argent) avant d'être raffiné davantage.
8. Fusion et raffinage
Le produit récupéré (par exemple, le précipité d'élution ou le réactif de Merrill-Crowe) est séché puis fondu à l'aide d'un fondant pour produire une barre de doré. Le doré est ensuite purifié en raffinerie par :
– Procédés d’électrolyse (par exemple, Wohlwill pour l’or de haute pureté).
– Procédé Miller (utilisation du chlore pour séparer certaines impuretés).
Le raffinage produit de l'or de haute qualité (par exemple 99,99 %) conformément aux normes commerciales.
9. Gestion des résidus miniers, eaux de procédé et aspects environnementaux
Le traitement de l'or produit systématiquement des résidus (solides restants) et des eaux de traitement, qui doivent être gérés en toute sécurité. Les pratiques courantes comprennent :
– Épaississement et stockage des résidus dans une installation de stockage de résidus (TSF) avec conception géotechnique.
– Recycler les eaux de process pour réduire la consommation d'eau.
– Détoxification des résidus de réactifs (par exemple, réduction des résidus de cyanure par certains procédés d’oxydation si nécessaire).
– Suivi de la qualité de l’eau, de la stabilité des barrages de résidus miniers et des plans de fermeture des mines.
Les aspects liés à la santé et à la sécurité au travail (K3) sont également importants : l’utilisation de réactifs, le contrôle des poussières, la prévention de l’exposition aux matières dangereuses et les procédures d’urgence doivent faire partie du système d’exploitation.
10. Conclusion
Les techniques et méthodes de traitement de l'or à partir du minerai dépendent fortement du type de minerai, de la granulométrie et des caractéristiques minéralogiques. Les procédés courants comprennent le concassage et le broyage, la concentration gravimétrique et/ou la flottation, la lixiviation (souvent par cyanuration en procédé CIL/CIP ou en tas), la récupération de l'or en solution, puis la fusion et l'affinage. Pour les minerais réfractaires, des étapes de pré-oxydation telles que le grillage, l'oxydation peroxydative (POX) ou la bio-oxydation sont nécessaires pour une extraction efficace de l'or. Enfin, le succès du traitement moderne de l'or repose avant tout sur la mise en œuvre de contrôles de procédés rigoureux, une gestion responsable des résidus et de l'eau, ainsi que sur un engagement fort en matière de sécurité au travail et de protection de l'environnement.
Si vous le souhaitez, je peux adapter cet article à un contexte industriel (avec des schémas de procédé et des paramètres généraux), ou à une échelle petite/moyenne (en me concentrant davantage sur la concentration par gravité et les pratiques opérationnelles de base) afin de répondre à vos besoins.
