Influence de la granulométrie des grains sur la flottation des sulfures

Figure 23 - Photographies prises au microscope polarisant à lumière réfléchie des minéraux du nouveau rejet après dépollution par flottation bulk

Seuls des grains mixtes sont observés et sur la photographie de droite les minéraux sulfurés résiduels sont bloqués dans des associations avec la gangue n’offrant pas une surface de collection suffisante pour être entraîner dans la mousse lors du processus de traitement.

De telles particules avec une minéralisation disséminée (exemple du grain mixte chalcopyrite-minéraux de la gangue) exigeraient un broyage très fin pour libérer les chalcopyrite-minéraux visés.

6.1.3. Influence de la granulométrie des grains sur la flottation des sulfures

Tous les tests précédents ont été menés sur un échantillon de la campagne 1 présentant un d₈₀ = 75 µm. Pour augmenter la libération des sulfures et limiter leur entraînement dans des associations avec la gangue comme celles observées à la figure 23, d’autres échantillons de la campagne 2 ont été préparés suivant le schéma de la figure 13. La fraction de dimensions supérieures à 75 µm a été broyée de manière à préparer deux échantillons caractérisés l’un avec un d90 = 75 µm et l’autre avec un d98 = 75 µm. La réduction granulométrique de l’ensemble des grains n’est pas envisageable puisque les tailings de Kipushi sont déjà fins.

Deux flottations ont été menées ensuite dans les mêmes conditions qu’à l’essai 8 c'est-à-dire à un pH de 10 après activation par prétraitement acide. Les résultats obtenus sont repris dans le tableau 18 et les courbes de rendements et teneurs cumulées obtenus en fonction du poids flotté sont représentées sur la figure 24.

100µm 100µm

87

Tableau 18 - Résultats concernant l’étude de l’influence de la granulométrie sur la désulfuration des tailings de Kipushi

Cuivre Zinc Conditions opératoires (Campagne 2 d90 = 75µm)

% Rdt

Cuivre Zinc Conditions opératoires (Campagne 2 d98 = 75µm)

% Rdt récupération du cuivre à l’essai 10 mais pour le zinc, le rendement varie de la même manière.

Pour comparer les résultats de l’essai 8 de la campagne 1 avec ceux des essais 9 et 10 de la campagne 2, il faut admettre que les échantillons des deux campagnes sont semblables.

Cette hypothèse est probable puisque ces deux échantillons ont été prélevés de la même manière à la digue 1, les analyses chimiques sont proches et le prétraitement avant la flottation est identique. Cette comparaison des résultats indiquerait que la réduction granulométrique de la fraction supérieure à 75 µm favorise la récupération du cuivre et du zinc. Elle conduit à la flottation de plus de matière alimentée à la flottation. Le poids de la matière flottée a augmenté de 28 % (essai 8) à 34 % (essais 9 et 10).

88

Figure 24 - Influence de la granulométrie sur la flottation du cuivre et du zinc des tailings de Kipushi, rendements (a) et teneurs (b) en fonction de la masse cumulée de concentré

0 20 40 60 80 100

0 10 20 30 40

Rendement (%)

Masse cumulée (%) 8 Cu (d80=75µm) 9 Cu (d90=75µm) 10 Cu (d98=75µm) 8 Zn (d80=75µm) 9 Zn (d90=75µm) 10 Zn (d98=75µm)

0 5 10 15

0 10 20 30 40

Teneur (%)

Masse cumulée (%) 8 Cu (d80=75µm) 9 Cu (d90=75µm) 10 Cu (d98=75µm) 8 Zn (d80=75µm) 9 Zn (d90=75µm) 10 Zn (d98=75µm)

(b) (a)

89 Comme l’indique le tableau 19, la récupération du cuivre est passée de 63 à 70 % en broyant presque la totalité de la fraction + 75 µm et celle de zinc est passée de 68 à 77 %.

Cette augmentation du poids de concentré est évidente puisque la libération qui a augmenté favorise la flottation des fins grains sulfurés bloqués dans la gangue. Mais, le broyage augmente aussi la quantité de fines particules de cette gangue et ceci par entraînement de ces dernières dilue le concentré final comme l’indique la figure 24 (b).

Tableau 19 – Récupération du cuivre et du zinc en fonction de la granulométrie de l’alimentation

Caractéristiques

granulométriques Récupération Cu (%) Récupération Zn (%)

d₈₀ = 75µm 63,0 68,5

d₉₀ = 75µm 66,4 74,3

d₉₈ = 75µm 70,7 77,4

Les résultats des essais 9 et 10 démontrent que le rendement de récupération des métaux sous forme sulfures n’est pas limité seulement par l’altération mais aussi par la libération. Les grains de rejets sont fins mais constitués aussi des minéraux mixtes. Ceci explique par ailleurs leur entraînement dans le rejet lors de la flottation dans l’Ancien concentrateur de Kipushi.

Selon les photographies prises sur les sections polies (figures 12 et 23), ce sont les minéraux de cuivre qui sont les moins libérés et cette raison pourrait expliquer l’obtention d’un rendement de 70 % plus faible que celui du zinc (77 %).

Lorsque nous analysons les photographies de la figure 23, nous constatons que la maille de libération des grains de chalcopyrite associée aux minéraux de la gangue est plus petite que 20 µm. La granulométrie de départ des talings de Kipushi est déjà très fine et ne permet pas de broyer plus finement pour améliorer d’avantage les résultats précédents. De plus, même en broyant simplement la fraction de dimension supérieure à 75 µm, on produit des fines particules de gangue qui sont entraînées dans le concentré final et diminue ainsi les teneurs en cuivre et en zinc.

90 6.1.4. Comparaison des résultats de tous les essais menés pour la désulfuration environnementale

Pour bien discuter de la désulfuration environnementale, nous donnons dans le tableau 20 la synthèse des résultats obtenus dans les différentes conditions.

Tableau 20 - Synthèse des résultats sur la flottation non sélective des sulfures des tailings de Kipushi

Essai Conditions de flottation Concentré (% poids)

Flottation directe sans activation avec une granulométrie caractérisée par un d80= 75µm

21,54 - 1,47 7,25 0,95 80,54 45,2 64,2

Essai 4

Flottation après sulfuration directe avec une granulométrie caractérisée par un d80= 75µm

24,98 - 1,49 6,70 - - 50,8 68,0

Essai 5

Flottation des sulfures suivie de la flottation des oxydes après sulfuration (100 g/t) avec une granulométrie caractérisée par un d80= 75µm

26,60 - 1,54 6,69 0,79 84,86 61,5 74,2

Essai 6

Flottation des sulfures suivie de la flottation des oxydes après sulfuration (200 g/t) avec une granulométrie caractérisée par un d80= 75µm

28,33 - 1,60 6,46 - - 64,4 73,9

Essai 7

Flottation des sulfures suivie de la flottation des oxydes après sulfuration (400 g/t) avec une granulométrie caractérisée par un d80= 75µm

29,11 - 1,51 6,32 - - 67,4 75,3

Essai 8

Flottation après prétraitement à pH acide avec une granulométrie caractérisée par un d80= 75µm

27,59 - 1,34 6,26 0,28 94,7 63,0 68,5

Essai 9

Flottation après prétraitement à pH acide avec une granulométrie caractérisée par un d90= 75µm

33,86 8,84 1,35 5,36 0,25 94,7 66,4 74,3

Essai 10

Flottation après prétraitement à pH acide avec une granulométrie caractérisée par un d98= 75µm

34,30 8,78 1,38 5,59 0,25 95,2 70,7 77,4

- signifie analyse non effectuée

En comparant les résultats de l’essai 3 à ceux des essais 4 à 8, on peut retenir que tous les procédés d’activation utilisés améliorent la récupération des ETM et la désulfuration.

L’amélioration de la récupération des ETM a été discutée aux paragraphes précédents. Pour la désulfuration, on peut voir dans le tableau que la récupération du soufre qui est à 80,5 % à

91 l’essai 3 sans activation passe à 85 % lorsqu’on fait la sulfuration et 95 % lorsqu’on fait le prétraitement à pH acide. La meilleure désulfuration est donc obtenue avec un prétraitement acide qu’avec une sulfuration des grains. Ce constat pourrait s’expliquer par le fait que le prétraitement acide favorise l’ensemble des grains désactivés que ce soit par oxydation superficielle ou par formation des complexes cyano-métalliques, par contre la sulfuration n’influence que la flottation des minéraux oxydés ou carbonatés. On constate que dans les deux cas, la récupération des ETM est améliorée mais la désulfuration est meilleure dans le cas de l’activation par prétraitement acide.

Lorsqu’on les compare les deux derniers essais 9 et 10 aux autres, on observe que les résultats sont encore meilleures dans les deux cas c'est-à-dire l’élimination des ETM et la désulfuration. La réduction granulométrique a une influence sur la flottation des sulfures puisqu’elle améliore la libération. De plus le broyage favorise aussi le nettoyage des grains par attrition les unes sur les autres.

L’objectif de la désulfuration a été atteint à 95 % mais celui de l’élimination des ETM n’est réalisé qu’en partie. Le cuivre et le zinc ont été récupérés avec des rendements respectivement d’environ 70 % et 77 %. Les observations faites sur les photographies des sections polies et le taux de 95 % évalués avec une alimentation qui contenait environ 3,8 % de soufre et 0,25 % de soufre résiduel après flottation confirmeraient l’hypothèse de limitation du procédé suite à une altération qui a déjà touché presque la totalité de la partie non flottée et à la structure complexe des minéraux résiduels (grains mixtes) qui ne favorise pas la flottation. D’autre part, l’altération s’accompagne de l’oxydation du soufre avec formation d’ions sulfates. Si ces ions n’ont pas été entrainés sous forme des sels solubles, ils ont probablement été piégés dans la matrice minérale sous forme de sulfates insolubles comme le gypse CaSO₄.2H₂0 ou sous forme de très fines particules de sulfures incluses dans les carbonates de la gangue. On peut considérer que le soufre résiduel dans le nouveau rejet (0,25 %) est probablement sous ces formes, ce qui pourrait expliquer pourquoi il ne s’élimine pas même en broyant plus fin (essai 9 et 10).

92 6.1.5. Conclusions

Les tailings de Kipushi contiennent des ETM en majorité sous forme des minéraux sulfurés résiduels (la pyrite, la sphalérite, la chalcopyrite, la bornite, la covelline, etc.) mais ils ont aussi une partie sous forme des minéraux oxydés. Pour réaliser une bonne désulfuration de ces tailings avec récupération d’une grande partie des ETM, nous avons trouvé après les expérimentations qu’il faut premièrement activer les grains et deuxièmement broyer finement.

L’activation peut se faire par sulfuration superficielle avec le NaHS ou par prétraitement à pH acide. Les meilleurs résultats sont obtenus avec ce dernier mode d’activation puisqu’il favorise la dissolution des oxydes d’altération en surface mais détruit également ces complexes cyano-métallique qui inhibent l’adsorption des xanthates. La granulométrie fine de départ ne permet pas un broyage plus poussé de toute la matière alimentée à la flottation.

Un broyage juste des particules de +75 µm jusqu’à un échantillon caractérisé avec un d₉₀ ou d98=75µm permet d’atteindre une désulfuration à 95 %, le soufre résiduel étant probablement un soufre sulfate insoluble ou soufre sulfure sous forme de particules très fines incluses dans les carbonates de la gangue qui ne flotte pas.

Dans la zone de pH étudié (6 à 10), le pH de la pulpe a très peu d’influence sur la flottation globale des sulfures. Les meilleurs résultats ont été obtenus avec une granulométrie caractérisée par un d98 = 75 µm, une activation acide à pH 6 pendant 10 minutes, une flottation avec 400 g/t de CuSO4, 100 g/t de NaIBX ou KAX, 20 g/t de Dowfroth 200 et un pH de pulpe de 10. Le cuivre et le zinc sont récupérés respectivement avec des rendements de 70 ± 2 % et 77 ± 2 %. Dans ces conditions, on récupère par la flottation :

- 34 % en poids des tailings de Kipushi sous forme d’un concentré qui contient environ 1,4 % de cuivre, 5,6 % de zinc et 8,8 % de soufre ;

- 66 % de nouveau rejet qui contient 0,3 % de cuivre, 0,8 % de zinc et 0,25 % de soufre.

Sur le plan environnemental, cette désulfuration à 95 % pourrait écarter les risques de DMA, ceci est vérifié à la section suivante (point 6.2). La flottation a permis d’éliminer une bonne partie des ETM mais l’autre partie qui reste pourrait être nuisible pour l’environnement. Nous vérifions au point 6.2 la mobilité des ETM résiduels en appliquant certains tests d’extraction décrits au point 5.7.2 pour voir leur comportement possible dans l’environnement lors des percolations par les eaux naturelles.

93 6.2. Etude comparée des caractéristiques environnementales des rejets

Une étude comparée des caractéristiques environnementales des talings de Kipushi et du nouveau rejet obtenu après désulfuration par flottation est effectuée pour évaluer le niveau de dépollution atteint par cette flottation. La capacité de ces rejets à générer des eaux acides (DMA) est évaluée par la méthode de Sobek et al. (1978) telle que décrite au point 2.3.2.

La lixiviabilité des ETM est testée suivant deux types de mobilisation : mobilisation en batch par une solution de CaCl₂ 0,01M choisie dans les protocoles de références comme extractant de force ionique proche des eaux naturelles et mobilisation par percolation en colonne noyée par la même solution.