Évaluation économique

En prenant en compte le prix de vente du concentré de phosphate produit ainsi que les charges qui supportent sa production, la période de remboursement et la valeur actualisée nette (VAN) ont été déterminées. Le délai de remboursement est de 38 mois (10 % actualisation). La VAN avec un taux d’actualisation de 10 % donne 2,3 M$ en supposant 20 ans d’opération.

Conclusions et recommandations

Ce chapitre décrit les conclusions, les limites, la portée des résultats et les prospectives de la recherche.

Synthèse

Caractérisation

55 % de l’apatite rejetée par le concentrateur de Niobec est contenue dans le concentré de flottation des carbonates, ce flux représente donc un point de départ intéressant à la valorisation de l’apatite. Le concentré de flottation des carbonates est composé de particules fines. Les analyses granulométriques réalisées montrent que 80 % des particules ont une taille inférieure à 52 microns. L'apatite est plus abondante dans les fractions granulométriques grossières. Dans la fraction inférieure à 20 microns, la concentration en P2O5 varie entre 4,3 et 5,2 %, tandis que dans la fraction granulométrique de +106 microns, la concentration en P2O5 atteint 23,6 à 29,7 %. À l’inverse, les fractions fines montrent un enrichissement en dolomite, tel que dans la fraction inférieure à 20 microns, l’analyse montre 13,9 % MgO et la fraction +106 microns affichent 1,5 % MgO.

Classification physique

Les essais de classification physique ont démontré que la sélectivité la plus élevée était obtenue par tamisage, cependant l’ouverture de tamis nécessaire est de faible taille (38 à 75 microns) ce qui est mal adaptée à une opération industrielle.

La classification par spirale a été réalisée sur un équipement destinée à l’industrie du fer. Malgré la conception non optimale pour la séparation de l’apatite, des résultats intéressants ont été obtenus. L’utilisation d’une spirale conçue pour traiter des matériaux fins pourrait permettre d’optimiser les performances pour maximiser l’impact de la différence de densité entre la gangue et l’apatite. Ensuite, des essais de classification par hydrocyclone sur un appareil de 1 pouce n’ont pas permis d’obtenir un déschlammage à une taille intéressante, le d50 étant trop faible et le court-circuitage de particules fines et grossières, trop important. La modélisation de l’hydrocyclone de 10 pouces utilisé à Niobec à partir de données d’opération a permis d’évaluer qu’un tel hydrocyclone permettrait d’obtenir des résultats très près de la classification par tamis à 38 microns. En se basant sur l’acuité de séparation et le court-circuitage de particules fines, le modèle calibré sur l’hydrocyclone de 10 pouces a été utilisé pour simuler un appareil ayant une coupure plus grossière.

Flottation

Les travaux précédents de Dramou (2016) avaient démontré un enrichissement du concentré (tamisé) de carbonates par flottation directe avec un collecteur à base d’acide hydroxamique. Les présents travaux ont démontré des performances très variables lors de l’utilisation de cette méthode, mais systématiquement inférieures aux performances de la flottation inverse. La flottation directe est particulièrement affectée par l’entrainement des particules fines ce qui réduit significativement la sélectivité et par la présence de collecteur résiduelle qui amplifie la récupération de la gangue au concentré. Le tamisage du minerai permettait de retirer le collecteur résiduel, mais en opération industrielle, le nettoyage du minerai pourrait être problématique et nécessiter une étape supplémentaire. Aussi, l’acide benzohydroxamique est un réactif récent dans l’industrie minière et sa disponibilité à l’échelle industrielle ainsi que l’impact environnemental lié à son utilisation ne sont pas bien connus.

La flottation inverse, en accord avec les travaux de Savard (1981), offre d’excellentes performances. Cette méthode est réalisable malgré la présence de collecteur résiduelle de la flottation des carbonates ce qui représente un avantage opérationnel significatif. De plus, la flottation inverse est particulièrement sélective pour les particules grossières d'apatite, l'inverse était constaté par la flottation directe.

Un essai exploratoire a été réalisé afin d’évaluer la possibilité de flotter sélectivement les silicates porteurs de magnésium dans le concentré d’apatite obtenu par flottation inverse. La flottation avec un collecteur aminé, le dodecylamine, n’a pas permis de flotter sélectivement les silicates dans les conditions testées.

Calcination et lixiviation

Dans le but de pallier au dépassement des limites acceptables de concentration d’oxyde de magnésium dans les concentrés de flottation produit, des essais de calcination et de lixiviation ont été entrepris sur les concentrés de flottation. Les essais de calcination ont permis d’enrichir la teneur en P2O5 du concentré en éliminant la fraction volatile des carbonates, cependant, le lavage du produit calciné a eu peu d’effet sur la concentration de magnésium. La lixiviation à l’acide acétique, bien que documentée comme étant efficace dans la littérature (Abu-Eishah et al., 1991), n’a pas permis d’obtenir les performances attendues. La réactivité du minerai est pratiquement nulle en présence d'acide acétique dans les conditions testées. Suite à ces essais infructueux, la lixiviation à l’acide chlorhydrique, en maintenant le potentiel hydrogène à 2,8, a permis d’obtenir des résultats favorables. La consommation d'acide chlorhydrique est alors directement reliée au contenu de

carbonates à éliminer selon un rapport molaire de 1,15 – 1,25. Cela représente des quantités importantes d’acide et signifie que la lixiviation influence grandement l’économique de la valorisation. En d’autres mots, la lixiviation n’est économique qu’à la suite des autres procédés de séparation. Par ailleurs, la lixiviation produit des chlorures de magnésium et de calcium qui contaminent l'eau.

Un essai de lixiviation à l’acide nitrique concentré a été réalisé afin de déterminer la proportion de magnésium insoluble dans le concentré de carbonates. Le magnésium insoluble n’est pas problématique lors de la synthèse de l’acide phosphorique puisqu’il n’est pas lixivié et ne contamine donc pas l’acide produit. La lixiviation à l’acide nitrique concentré a démontré qu’une très faible proportion seulement du minerai (0,9 %) est insoluble et que la fraction insoluble du magnésium ne dépasse pas 0,1 % du concentré de carbonates, ou 0,9 % du concentré de phosphate obtenu par la flottation inverse.

Conception du circuit

Les résultats ont permis de développer un simulateur simple pour prédire la composition du concentré produit en fonction de quelques variables opératoires. Ce simulateur a été utilisé afin de déterminer la dimension de coupure de la classification par hydrocyclone ainsi que la quantité d’acide chlorhydrique nécessaire pour corriger la composition du concentré obtenu suite à la flottation inverse. Les équipements nécessaires à la valorisation ont été dimensionnés et une évaluation économique du coût en capital et des coûts d’opération a été réalisée.

Évaluation économique

L’optimisation des paramètres du simulateur dans le but de maximiser le profit tiré de la valorisation du phosphate a permis d’obtenir un bilan positif. Un profit de 12,30 $ CA par tonne de concentré produite a été estimé ce qui représente une valeur actualisée nette de 2,3 M$ CA (basée sur un taux d’actualisation de 10 % et une opération au même tonnage pendant 20 ans). La période de remboursement du projet est d’ailleurs particulièrement intéressante avec une durée de 38 mois (10 % actualisation). Le coût en capital étant de 1 083 000 $ CA et le flux monétaire annuel de 397 000 $ CA.

Critique de la recherche

Les limites de la présente recherche sont l’incertitude entourant la mise à l’échelle des résultats obtenus et l’impact du procédé proposé sur le circuit de traitement des eaux actuellement en place.

contenue dans les résidus miniers. D’autre part, le potentiel de valorisation des résidus totaux n’a pas été exploré dans le cadre de la présente recherche. Une telle avenue permettrait d’augmenter les retombées du projet de manière significative. Il faudrait aussi évaluer la possibilité de commercialiser, comme agent neutralisant, le concentré de carbonates produit par la flottation inverse de l’apatite.

Échelle laboratoire

L’évaluation des performances et du bilan économique du projet a été réalisée à partir d’essais à l’échelle laboratoire. Les impacts de la recirculation de l’eau, de la mise à l’échelle du procédé ainsi que des variations dans la composition d’alimentation n’ont pas été évalués et sont susceptibles d’influencer les performances obtenues à plus grande échelle. La réalisation d’essais à l’échelle pilote permettrait de raffiner les résultats et de valider le potentiel économique associé à la valorisation du phosphate.

Traitement des eaux

La lixiviation et, dans une moindre mesure, la flottation inverse nécessitent l’utilisation de quantités importantes d’acide et d’autres réactifs. La production d’un effluent contenant des sels dissouts, tels que les sulfates et chlorures de magnésium et de calcium, pourrait être problématique pour la qualité de l’eau. Le traitement des eaux résultantes de la valorisation n’a pas été étudié dans le cadre du mémoire. L’évaluation de la capacité à traiter les effluents du circuit de valorisation proposé pour le traitement de l’apatite dans les résidus par le procédé de traitement des eaux actuellement en place à la mine Niobec devrait être réalisée pour déterminer si des procédés supplémentaires sont nécessaires. Le cas échéant, les coûts reliés à l’achat d’équipements et à leur opération ainsi que l’impact environnemental devraient être pris en considération pour l’évaluation du potentiel de valorisation.

Valorisation des résidus totaux

La valorisation des résidus totaux c’est-à-dire du mélange de toutes les sources de résidus qui ont été accumulées aux différents parcs à résidus de la mine Niobec offrirait des réserves beaucoup plus importantes de phosphate que le traitement ponctuel du concentré de carbonates. Environ 50 Mt de résidus sont entreposés sur le site minier de Niobec (Downey, 2017). L’évaluation du traitement des résidus totaux n’a fait l’objet que d’une caractérisation granulochimique du rejet de concentration du pyrochlore et de la caractérisation chimique de la surverse des hydrocyclones de déschlammage.

La répétition des premières étapes de traitement du niobium, soient le déschlammage et la flottation des carbonates, pourraient permettre d’isoler à nouveau le concentré de carbonates des autres sources de résidus. Le phosphate contenu dans ce concentré de flottation pourrait ensuite être valorisé selon le procédé développé dans la présente étude. Le potentiel de cette avenue pourrait être évalué par la réalisation d’essais de laboratoire supplémentaires.

Dans le cadre de la présente étude, notre attention s’est portée sur la production d’un concentré d’apatite destiné à la production d’acide phosphorique. Toutefois, il serait certainement stratégique d’évaluer si le produit flotté lors de la flottation inverse (rejet de la séparation qui est riche en carbonates) pourrait être utilisé comme agent neutralisant pour les champs en agriculture. En effet, ce produit est riche en carbonates et il ne resterait qu’à déterminer si la composition de ce produit en permettrait un épandage sécuritaire dans les champs afin de réduire l’acidité des sols.

Portée des résultats

Historiquement, la présence de dolomite rend la mise en valeur de nombreux gisements potentiels de phosphate impossible en raison de la contamination du concentré par le magnésium. Les résultats obtenus par flottation inverse sur le concentré de carbonates produit à Niobec ont démontré une excellente sélectivité dans la séparation de l’apatite et de la dolomite. Le procédé de flottation appliqué montre un potentiel intéressant pour le traitement des gîtes problématiques d’apatite.

Prospectives

Les résultats du présent mémoire confirment que le traitement du concentré de flottation des carbonates est une avenue intéressante pour réduire le volume de résidus solides de la mine Niobec et générer des revenus secondaires à la production de ferroniobium.

Bien que les essais exploratoires réalisés au laboratoire aient fait l’objet de différentes itérations afin de confirmer et raffiner la performance du procédé étudié, peu de paramètres ont été optimisés rigoureusement et des gains importants demeurent encore envisageables.

L’optimisation de la flottation inverse par la réalisation d’essais de laboratoire est suggérée. L’objectif de ces essais serait de maximiser la proportion éliminée d’oxyde de magnésium dans le concentré de phosphate en variant le pH de flottation, la concentration de collecteur et la concentration de déprimants. Un plan d’expérience permettrait de réaliser cette optimisation avec un nombre minimal d’essais tout en maximisant l’information obtenue. Dans le cas où il serait possible d’atteindre la limite de 1 % MgO dans le concentré, il serait alors possible de retirer le

procédé de lixiviation du circuit suggéré. Cela aurait un impact positif important sur la viabilité économique du projet.

Suivant ces travaux d’optimisation, la réalisation d’un essai en usine pilote permettrait d’obtenir les renseignements nécessaires pour confirmer le potentiel économique de la valorisation du phosphate contenu dans les résidus de la mine Niobec.

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Annexe A – Propriétés des principaux minéraux

Le tableau C-1 présente certaines propriétés pertinentes pour les principaux minéraux qui se retrouvent dans le concentré de carbonates rejetés par le concentrateur de la mine Niobec.

Tableau C-1 : Propriétés des principaux minéraux présents (Barthelmy, 2014) Minéral Formule chimique Masse molaire (g/mol) Densité (g/cm³) Proportion élémentaire Fluorapatite Ca5(PO4)3F 504,30 3,19 39,74 % Ca 18,43 % P 38,07 % O 3,77 % F Dolomite CaMg(CO3)2 184,40 2,84 21,73 % Ca 13,18 % Mg 13,03 % C 52,06 % O Calcite CaCO3 100,09 2,71 40,04 % Ca 12,00 % C 47,96 % O Ankérite1 CaFe(CO3)2 215,94 3,05 18,56 % Ca 25,86 % Fe 11,12 % C 44,46 % O Orthose KAlSi3O8 278,33 2,56 14,05 % K 9,69 % Al 30,27 % Si 45,99 % O Magnétite Fe3O4 231,53 5,17 72,36 % Fe 27,64 % O

1. La formule chimique générale de l’ankérite est Ca(Fe, Mn, Mg)(CO3)2, la forme présenté ici est