Techniques de lixiviation de minerai d’Uranium

1.2. TYPES DE TECHNIQUES METALLURGIQUES ET

MINERALURGIQUES POTENTIELLEMENT APPLICABLES A CE

GISEMENT

1.2.1. Techniques de lixiviation de minerai d’Uranium

Conventionnellement la technique de récupération de l’uranium des minerais à forte ou faible teneur en uranium est réalisée par un traitement consistant à solubiliser cet élément, contenu dans les minéraux, en solution aqueuse par un procédé de lixiviation. Un traitement aval des solutions aqueuses obtenues contenant l’uranium solubilisé et également un grand nombre d’ions provenant de la lixiviation des minéraux de gangue du minerai suit la première étape de traitement. Il consiste à récupérer de façon préférentielle l’uranium des autres ions en solution par un procédé d’extraction liquide-liquide de l’uranium ou à l’aide de résines échangeuses d’ions.

Les procédés de lixiviation suivant sont potentiellement utilisable suivant le type de gisement d’uranium à traiter tels que :

- la lixiviation en milieu chlorhydrique,

- la lixiviation en milieu sulfurique sous pression (HPAL), - la lixiviation en milieu sulfuro-fluoro-silicique,

- la lixiviation en milieu sulfuro-oxalique,

- la lixiviation en milieu sulfurique avec ajout de NaF, - la lixiviation alcaline (Na2CO3-NaHCO3),

- la lixiviation en milieu sulfurique à l’atmosphère suivie par une lixiviation à l’acide fluorhydrique,

- la lixiviation en milieu sulfurique à l’atmosphère suivie par une fusion à la soude et une reprise acide,

- la biolixiviation à l’aide d’Acidithiobacillus ferrooxidans.

Les deux procédés les plus communément utilisés sont la lixiviation acide (H2SO4, HCl et un oxydant type SO2/O2 ou présence d’ion ferrique Fe³⁺) et la lixiviation alcaline (Na2CO3-NaHCO3) (Abhilash et al., 2009). Le choix d’un des deux procédés se fait selon la minéralogie du gisement. Si le gisement contient une teneur importante en carbonates ou sulfates, la lixiviation alcaline est choisie (Merritt, 1971 ; Lunt et al., 2007). Ces deux types de minéraux sont de grand consommateur de réactif acide. Pour rendre l’exploitation de l’uranium économiquement viable, la lixiviation alcaline est préférée pour ce type de gisement. La lixiviation acide est généralement celle utilisée puisque la cinétique de dissolution des éléments est plus rapide et les particules grossières sont plus facilement lixiviées (Lunt et al., 2007, Youlton et Kinnaird, 2013).

17 1.2.1.1. La lixiviation acide

Les Equations I-2 à I-8 décrivent la dissolution de l’uranium par lixiviation acide à l’aide de H2SO4, acide le plus communément utilisé (Shakir et al., 1992 ; Ding et al., 2013).

La présence de minéraux de fer dans le minerai est à l’origine de la présence d’ions ferriques en solution après lixiviation, lesquels sont de très bons oxydants de l’uranium. Généralement, dans un gisement d’uraninite 50 % de l’uranium est sous forme U(VI) (ion uranyle soluble) et 50 % de l’uranium sous forme réduite U(IV), forme ionique insoluble dans l’eau (Avvaru et al., 2008). Les ions ferriques permettent une oxydation de ces ions U(IV) sans ajout d’oxydant type SO2/O2 (Lottering et al., 2008).

La nature électrochimique du procédé de lixiviation est confiné dans une fenêtre spécifique de pH et Eh. Dans le système sulfates, U⁶⁺ existe comme UO2(SO4)n^2n-2 et pas sous la forme UO2²⁺ (Hayes, 2003).

Dans le cas de la carnotite (K2(UO2)2(VO4)2.3H2O), la forme de l’uranium est sous forme oxydé, ions uranyl hexavalents, UO2²⁺ (Eckstrand et al., 1995). On peut proposer la réaction de la carnotite en milieu acide (cf. Equation I-9) L’ion UO2²⁺ réagit avec les ions sulfates pour former au final un complexe UO2(SO4)3^4- (cf. Equation I-8).

1.2.1.2. La lixiviation alcaline

La lixiviation alcaline fait intervenir généralement la combinaison de deux réactifs : Na2CO3 et NaHCO3, lesquels sont les réactifs les plus communs utilisés en industrie (Sreenivas et al., 2013). Les réactions de dissolution de l’uranium sont reportées dans les

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L’ion U⁶⁺ se complexe avec CO3^2- se trouvant dans la phase aqueuse pour former des ions carbonates d’uranyle. Ces complexes varient selon le pH. Pendant que les complexes neutres sont prédominants à des pH compris entre 5 et 6,5, les espèces divalentes – [UO2(CO3)3]^2- sont présentes entre pH 6,5 et 7,6. Pour des pH compris entre 7,6 et 12, l’espèce prédominante est [UO2(CO3)3]^4- (El-Nadi, 2005 ; Sreenivas et al., 2013).

Le réactif NaHCO3 est ajouté dans le circuit de lixiviation afin de neutraliser NaOH formé à partir de la réaction de formation de Na4UO2(CO3)3 (cf. Equation I-12).

1.2.1.3. Fabrication du yellow cake

L’uranium récupéré est ensuite traité afin de produire un yellow cake. Dans le cas de lixiviation acide le yellow cake peut être sous forme d’ammonium diuranate, de magnésium diuranate ou de peroxyde d’uranium (Himsley, 1980 ; Litz et Coleman, 1980). Dans le cas de lixiviation alcaline du minerai, le yellow cake est sous forme de sodium diuranate. Ce produit n’est pas suffisamment pur pour être commercialisé. Plusieurs étapes de purification sont réalisées pour enlever le vanadium du produit obtenu et sera reconvertit en diuranate d’ammonium ou de peroxyde d’uranium (cf. Equations I-17 et I-18).

Les Equations I-14, I-15 et I-16 illustrent les réactions de précipitation de ces différents yellow cake. Le yellow cake produit à partir de peroxyde d’hydrogène contient le moins d’impuretés, le vanadium, le molybdène et les phosphates ne précipitent pas lors d’ajout de peroxyde d’hydrogène et restent en solution aqueuse.

Le diuranate d’ammonium ou le peroxyde d’uranium est ensuite filtré et séché afin d’obtenir un solide de 100 % de U3O8.

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1.2.1.4. Procédés industriels de lixiviation Divers procédés peuvent être employés en lixiviation tels que :

- la lixiviation en tas (procédé pouvant être utilisé dans le cas de la mine de Trekkopje) - la lixiviation en réacteur

- la lixiviation in situ

La lixiviation en tas est réalisée sur un tas de minerai préalablement broyé, tamisé. Ce tas est déposé sur une couche imperméable, évitant toute contamination du sol et sous-sol par les jus de lixiviation. Une étape d’imprégnation du minerai est préalablement effectuée avant sa mise en tas.

Lorsque le tas est construit, la mise en percolation de la solution de lixiviation est réalisée. Les jus riches en uranium sont récoltés en périphérie du tas. Ces jus sont ensuite traités afin d’obtenir en bout de traitement le yellow-cake.

1.2.2. Lixiviation et problèmes liés à la minéralogie des gisements