Lixiviation au cyanure de sodium dans l'extraction de l'or

Introduction

L'attrait de l'or et le rôle de la lixiviation au cyanure

L'or fascine l'humanité depuis des millénaires. Son éclat et sa rareté en font un symbole de richesse, de puissance et de beauté dans toutes les cultures. Des somptueux objets en or de l'Égypte antique aux réserves d'or actuelles des banques centrales, son importance dans l'économie et la culture mondiales est indéniable. Il sert de réserve de valeur, de protection contre les incertitudes économiques et constitue un élément clé des industries de la joaillerie, de l'électronique et de l'aérospatiale.

Dans le royaume de l'extraction d'or, cyanure La lixiviation est devenue une méthode d'extraction dominante. Depuis son adoption industrielle à la fin du XIXe siècle, la lixiviation au cyanure a révolutionné l'industrie aurifère, permettant l'extraction de l'or à partir de minerais à faible teneur, auparavant peu rentables à traiter. Cette méthode exploite les propriétés chimiques uniques du cyanure pour dissoudre l'or du minerai, formant ainsi des complexes solubles de cyanure d'or, faciles à séparer et à affiner.

La chimie derrière la lixiviation du cyanure

La réactivité du cyanure avec l'or

Le processus de lixiviation au cyanure repose sur la réactivité chimique unique entre les ions cyanure et l'or. Le cyanure de sodium Le (NaCN) dissous dans l'eau se dissocie en ions sodium (Na⁺) et en ions cyanure (CN⁻). Ces ions cyanure sont très réactifs envers l'or et, en présence d'oxygène, ils initient une réaction chimique complexe.

L'équation chimique de la réaction entre l'or, Le cyanure de sodium, l'oxygène et l'eau sont les suivants :

4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O → 4Na[Au(CN)₂] + 4NaOH

Dans cette réaction, les atomes d'or du minerai réagissent avec les ions cyanure pour former un complexe soluble, le dicyanoaurate de sodium (Na[Au(CN)₂]). L'oxygène présent dans la solution agit comme agent oxydant, facilitant la réaction en fournissant les électrons nécessaires à la formation du complexe or-cyanure. Les molécules d'eau jouent également un rôle dans la réaction, participant à la formation du complexe et du sous-produit, l'hydroxyde de sodium (NaOH).

Cette réaction est un processus redox. L'or est oxydé de son état élémentaire (Au⁰) à un état d'oxydation +1 dans le complexe [Au(CN)₂]⁻, tandis que l'oxygène est réduit. La formation du complexe or-cyanure soluble est cruciale car elle permet à l'or, initialement sous forme solide et insoluble dans le minerai, de se dissoudre dans la solution. Cet or dissous peut ensuite être séparé des autres composants du minerai par des étapes de traitement ultérieures, telles que l'adsorption sur charbon actif ou la précipitation à la poudre de zinc.

Pourquoi le cyanure ? Les propriétés uniques du cyanure de sodium

Le cyanure de sodium possède plusieurs propriétés qui en font le réactif privilégié pour la lixiviation de l'or dans l'industrie minière :

1. Haute sélectivité pour l'or : Les ions cyanure possèdent une remarquable capacité à dissoudre sélectivement l'or en présence de nombreux autres minéraux couramment présents dans les minerais aurifères. Cette sélectivité est cruciale, car elle permet l'extraction de l'or à partir de minerais à faible teneur, souvent parsemés de grandes quantités de minéraux de gangue. Par exemple, dans un minerai contenant du quartz, du feldspath et d'autres minéraux non précieux, le cyanure réagira préférentiellement avec l'or, laissant la majorité des minéraux de gangue intacts et facilement séparables de la solution aurifère.

2. Haute solubilité dans l’eau : Le cyanure de sodium est très soluble dans l'eau, ce qui est essentiel à son application dans les procédés de lixiviation. Sa forte solubilité permet aux ions cyanure de se disperser rapidement dans la boue de minerai, optimisant ainsi le contact entre le cyanure et les particules d'or. Cette dispersion rapide entraîne des réactions plus rapides et des taux de récupération d'or plus élevés. Par exemple, à température ambiante, une quantité importante de le cyanure de sodium peut se dissoudre dans l'eau, fournissant une concentration élevée d'ions cyanure réactifs dans la solution de lixiviation.

3. Coût relatif - Efficacité : Comparé à d'autres réactifs potentiellement utilisables pour l'extraction de l'or, le cyanure de sodium est relativement peu coûteux. Cette rentabilité explique en grande partie son utilisation répandue dans l'industrie aurifère, notamment pour les opérations à grande échelle. Les mineurs peuvent se procurer du cyanure de sodium en grandes quantités à un prix raisonnable, ce qui contribue à maintenir le coût global de l'extraction de l'or dans une fourchette économiquement viable.

4. Stabilité dans les solutions alcalines : Le cyanure est stable en solutions alcalines, ce qui constitue un avantage pour le processus de lixiviation. En maintenant la solution de lixiviation à un pH élevé (généralement autour de 10-11), la décomposition du cyanure en cyanure d'hydrogène (HCN), un gaz hautement toxique et volatil, peut être minimisée. Cette stabilité garantit que le cyanure reste sous sa forme réactive pendant une période prolongée, permettant une dissolution efficace de l'or. De la chaux est souvent ajoutée à la solution de lixiviation pour maintenir l'environnement alcalin et améliorer la stabilité du cyanure.

Le processus étape par étape de la lixiviation au cyanure dans les mines d'or

Prétraitement : Concassage et broyage

Avant le début du processus de lixiviation au cyanure, le minerai aurifère subit une étape cruciale de prétraitement. La première étape est le concassage, essentiel pour réduire les gros morceaux de minerai en fragments plus petits. Ce procédé est généralement réalisé à l'aide d'une série de concasseurs, tels que des concasseurs à mâchoires, des concasseurs à cône et des concasseurs giratoires. Le concasseur à mâchoires, par exemple, présente une structure simple et un taux de concassage élevé. Il peut traiter des minerais de grande taille et les fragmenter en fragments plus petits.

Après concassage, le minerai est ensuite broyé. Ce broyage vise à réduire davantage la granulométrie du minerai, généralement dans un broyeur à boulets ou à barres. Dans un broyeur à boulets, des boulets d'acier sont utilisés pour broyer le minerai. Lors de la rotation du broyeur, les boulets tombent en cascade, percutant et broyant les particules de minerai. Ce processus est crucial car il augmente la surface du minerai. Une surface plus importante implique un contact plus important entre les particules d'or contenues dans le minerai et la solution de cyanure lors de la lixiviation.

Par exemple, si le minerai n'est pas correctement concassé et broyé, les particules d'or peuvent être piégées dans de gros morceaux. La solution de cyanure aurait alors du mal à atteindre ces particules d'or, ce qui réduirait le taux d'extraction. En réduisant le minerai en fine poudre par broyage, l'or devient plus accessible aux ions cyanure, ce qui améliore l'efficacité du processus de lixiviation.

L'étape de lixiviation : lixiviation agitée ou lixiviation en tas

Une fois le minerai correctement préparé, l'étape de lixiviation commence et il existe deux méthodes principales : la lixiviation agitée et la lixiviation en tas.

lixiviation agitée

Lors de la lixiviation agitée, le minerai finement broyé est mélangé à la solution de cyanure dans une grande cuve, souvent appelée cuve de lixiviation ou cuve d'agitation. Des agitateurs mécaniques, tels que des turbines, sont utilisés pour agiter le mélange en continu. Cette agitation constante remplit plusieurs fonctions importantes. Premièrement, elle assure une répartition uniforme de la solution de cyanure dans la boue de minerai. Cette répartition uniforme est cruciale, car elle permet à toutes les particules aurifères d'avoir les mêmes chances de réagir avec les ions cyanure. Deuxièmement, l'agitation permet de maintenir les particules de minerai en suspension, les empêchant de se déposer au fond de la cuve. Ceci est important car si les particules se déposent, la réaction entre l'or et le cyanure peut être inhibée.

La lixiviation agitée est souvent privilégiée pour les minerais à haute teneur ou lorsqu'un taux de récupération élevé est requis sur une période relativement courte. Elle convient également aux minerais plus difficiles à lixivier, car l'agitation peut améliorer le contact entre le minerai et la solution de cyanure. Cependant, la lixiviation agitée nécessite davantage d'énergie en raison du fonctionnement continu des agitateurs. Son coût d'investissement est également relativement élevé, car elle nécessite des équipements de grande taille et une quantité importante de solution de cyanure.

Lixiviation en tas

La lixiviation en tas, en revanche, est une méthode plus rentable, notamment pour les minerais à faible teneur. Dans ce procédé, le minerai broyé est empilé en grands tas, généralement sur une membrane imperméable pour empêcher les fuites de la solution de cyanure. Cette solution est ensuite pulvérisée ou versée goutte à goutte sur le dessus du tas. En percolant à travers le tas, la solution réagit avec l'or contenu dans le minerai, le dissolvant et formant un complexe or-cyanure. Le lixiviat, qui contient l'or dissous, s'écoule ensuite au fond du tas et est recueilli dans un bassin ou un réservoir pour un traitement ultérieur.

La lixiviation en tas est une option plus adaptée aux exploitations à grande échelle de minerais à faible teneur, car elle nécessite moins d'investissement en équipement que la lixiviation avec agitation. Elle nécessite également moins d'énergie, car elle ne nécessite pas d'agitation continue. Cependant, la lixiviation en tas est plus longue que la lixiviation avec agitation, et le taux de récupération peut être légèrement inférieur. Le succès de la lixiviation en tas dépend également de facteurs tels que la perméabilité du tas de minerai. Si le tas n'est pas correctement construit et que les particules de minerai sont trop compactes, la solution de cyanure risque de ne pas pénétrer uniformément, ce qui entraîne une lixiviation irrégulière et une récupération d'or plus faible.

Traitement post-lixiviation : récupération de l'or de la solution

Une fois l'or dissous dans la solution de cyanure lors de la lixiviation, l'étape suivante consiste à le récupérer. Plusieurs méthodes sont couramment utilisées à cette fin, les deux plus courantes étant l'adsorption sur charbon actif et la cémentation à la poussière de zinc.

Adsorption de charbon actif

Le charbon actif présente une grande surface spécifique et une forte affinité pour les complexes or-cyanure. Lors du procédé d'adsorption sur charbon actif, également appelé charbon en pulpe (CIP) ou charbon en lixiviation (CIL), du charbon actif est ajouté au lixiviat. Les complexes or-cyanure présents dans la solution sont attirés à la surface du charbon actif et adsorbés sur celui-ci. Il se forme alors un charbon « chargé » ou « prégnant », qui est ensuite séparé de la solution.

La séparation du carbone chargé de la solution peut être réalisée par tamisage ou filtration. Une fois séparé, l'or est ensuite récupéré du carbone chargé. Ce procédé s'effectue généralement par élution ou désorption, où l'or est extrait du carbone à l'aide d'une solution chaude et concentrée de cyanure de sodium et d'hydroxyde de sodium. La solution obtenue, riche en or, est ensuite traitée par électrolyse pour déposer l'or sur une cathode, ce qui produit de l'or pur.

Cimentation à la poussière de zinc

La cémentation à la poussière de zinc, également connue sous le nom de procédé Merrill-Crowe, est une autre méthode largement utilisée pour récupérer l'or du lixiviat. Dans ce procédé, de la poussière de zinc est ajoutée à la solution contenant le complexe or-cyanure. Le zinc est plus réactif que l'or et déplace l'or du complexe selon la réaction chimique suivante :

2Na[Au(CN)₂] + Zn → Na₂[Zn(CN)₄] + 2Au

L'or est ensuite précipité hors de la solution sous forme solide, formant un précipité or-zinc. Ce précipité est ensuite filtré et séparé de la solution. L'or est ensuite raffiné par fusion du précipité pour éliminer le zinc et les autres impuretés, ce qui permet d'obtenir de l'or pur. La cémentation à la poussière de zinc est un procédé relativement simple et direct, mais il nécessite un contrôle précis du pH et de la concentration de la solution de cyanure pour garantir une récupération efficace de l'or.

Facteurs affectant l'efficacité de la lixiviation au cyanure

Caractéristiques du minerai

La nature du minerai aurifère est un facteur fondamental influençant l'efficacité de la lixiviation au cyanure. Différents types de minerais, tels que les minerais d'or sulfurés et les minerais d'or oxydés, présentent des caractéristiques distinctes qui peuvent avoir un impact significatif sur le processus de lixiviation.

Minerais d'or sulfurés : Les minerais d'or sulfurés contiennent souvent des quantités importantes de minéraux sulfurés, tels que la pyrite (FeS₂), l'arsénopyrite (FeAsS) et la chalcopyrite (CuFeS₂). Ces minéraux sulfurés peuvent poser plusieurs problèmes lors de la lixiviation au cyanure. Par exemple, la pyrite est un minéral sulfuré courant dans les minerais aurifères. Lorsqu'elle est présente dans le minerai, la pyrite peut réagir avec la solution de cyanure et l'oxygène du milieu de lixiviation. L'oxydation de la pyrite en présence d'oxygène et de cyanure peut entraîner la formation de divers sous-produits, tels que l'acide sulfurique (H₂SO₄) et des complexes fer-cyanure. La formation d'acide sulfurique peut abaisser le pH de la solution de lixiviation, ce qui nuit à la stabilité du cyanure. De plus, la réaction des minéraux sulfurés avec le cyanure peut consommer une grande quantité de cyanure, augmentant ainsi le coût des réactifs. Par exemple, dans un minerai dont la teneur en sulfure est élevée, la consommation de cyanure peut être plusieurs fois supérieure à celle d'un minerai sans sulfure.

Minerais d'or oxydés : Les minerais d'or oxydés, en revanche, présentent généralement un environnement de lixiviation plus favorable que les minerais sulfurés. Ces minerais ont subi des processus d'altération et d'oxydation, qui ont déjà oxydé de nombreux minéraux sulfurés en formes d'oxydes plus stables. Par conséquent, les problèmes liés aux réactions sulfure-cyanure sont réduits. L'or contenu dans les minerais oxydés est souvent plus accessible à la solution de cyanure, car sa structure est généralement plus poreuse et moins complexe. Par exemple, dans un minerai d'or latéritique, qui est un type de minerai oxydé, l'or est souvent présent sous une forme plus dispersée et moins encapsulée. Cela permet aux ions cyanure d'atteindre facilement les particules d'or, ce qui améliore l'efficacité de la lixiviation. Cependant, les minerais oxydés peuvent également contenir des impuretés, telles que des oxydes et des hydroxydes de fer, qui peuvent adsorber le complexe or-cyanure ou interférer dans une certaine mesure avec le processus de lixiviation.

La granulométrie de l'or contenu dans le minerai joue également un rôle crucial. Les particules d'or fines présentent un rapport surface/volume plus important, ce qui signifie qu'elles réagissent plus rapidement avec la solution de cyanure. En revanche, les particules d'or grossières peuvent nécessiter un temps de lixiviation plus long ou des conditions de lixiviation plus agressives pour atteindre un taux de récupération élevé. Par exemple, si les particules d'or sont très grossières, la solution de cyanure risque de ne pas pénétrer suffisamment profondément dans les particules, laissant une partie de l'or intacte.

Concentration de cyanure

La concentration de cyanure de sodium dans la solution de lixiviation est un paramètre critique qui affecte directement à la fois l’efficacité de l’extraction de l’or et le coût global de l’opération.

Effet sur l'efficacité de lixiviation : À mesure que la concentration en cyanure augmente, la vitesse de réaction entre l'or et le cyanure s'accroît initialement. En effet, une concentration plus élevée d'ions cyanure fournit davantage de molécules réactives disponibles pour interagir avec les particules d'or. Par exemple, lors d'une expérience en laboratoire, lorsque la concentration en cyanure passe de 0.01 % à 0.05 %, la vitesse de dissolution de l'or peut augmenter considérablement, entraînant une récupération d'or plus importante sur une période plus courte. Cependant, cette relation n'est pas indéfiniment linéaire. Une fois que la concentration en cyanure atteint un certain niveau, des augmentations supplémentaires peuvent ne pas entraîner une augmentation proportionnelle de la vitesse de dissolution de l'or. En fait, une concentration en cyanure trop élevée peut provoquer l'hydrolyse du cyanure. L'hydrolyse du cyanure se produit lorsque le cyanure réagit avec l'eau pour former du cyanure d'hydrogène (HCN) et des ions hydroxyde (OH⁻). La réaction est la suivante : CN⁻ + H₂O ⇌ HCN + OH⁻. Le cyanure d'hydrogène est un gaz volatil et hautement toxique. La formation de HCN réduit non seulement la quantité de cyanure disponible pour la réaction de lixiviation de l'or, mais constitue également un grave danger pour la sécurité et l'environnement.

Considérations de coût : Le cyanure est un réactif relativement coûteux, surtout pour les exploitations aurifères à grande échelle. L'utilisation d'une concentration de cyanure supérieure à la concentration nécessaire peut augmenter considérablement les coûts de production. Par exemple, dans une opération de lixiviation en tas à grande échelle, si la concentration de cyanure est augmentée de 0.05 % par rapport au niveau optimal, le coût annuel de la consommation de cyanure peut augmenter considérablement, selon le volume de la solution de lixiviation et l'échelle de l'opération. À l'inverse, l'utilisation d'une concentration de cyanure trop faible entraînera un ralentissement de la lixiviation, ce qui peut nécessiter une durée de lixiviation plus longue ou un volume de solution de lixiviation plus important pour obtenir la récupération d'or souhaitée. Cela peut également augmenter le coût global en raison de temps de traitement plus longs, d'une consommation d'énergie plus élevée et d'une productivité potentiellement plus faible.

En général, pour la plupart des exploitations aurifères, la concentration en cyanure appropriée se situe entre 0.03 % et 0.1 %. Cependant, cette plage peut varier en fonction de facteurs tels que le type de minerai, la présence d'impuretés et la méthode de lixiviation utilisée. Par exemple, dans un procédé de lixiviation agitée pour un minerai d'or relativement pur, une concentration en cyanure plus faible, comprise entre 0.03 % et 0.05 %, peut être suffisante. En revanche, pour un minerai d'or complexe contenant des sulfures, dans une opération de lixiviation en tas, une concentration en cyanure légèrement supérieure, peut-être plus proche de 0.08 % à 0.1 %, peut être nécessaire pour compenser la consommation de cyanure par les minéraux sulfurés.

Valeur du pH de la solution

La valeur du pH de la solution de lixiviation au cyanure est de la plus haute importance dans le processus de lixiviation de l'or au cyanure, car elle affecte la stabilité du cyanure, la solubilité de l'or et la corrosion de l'équipement.

Stabilité du cyanure : Le cyanure est plus stable en milieu alcalin. Lorsque le pH de la solution est compris entre 10 et 11, l'hydrolyse du cyanure, qui produit le gaz toxique cyanure d'hydrogène (HCN), est minimisée. Comme mentionné précédemment, la réaction d'hydrolyse du cyanure est CN⁻+H₂O⇌HCN + OH⁻. En solution alcaline, la forte concentration en ions hydroxyde (OH⁻) déplace l'équilibre de cette réaction vers la gauche, réduisant ainsi la formation de HCN. Par exemple, si le pH de la solution de lixiviation descend à 8 ou moins, le taux d'hydrolyse du cyanure augmente considérablement, entraînant une perte de cyanure et un risque accru de libération de HCN, ce qui constitue non seulement un gaspillage de réactif, mais aussi un grave danger pour la sécurité des travailleurs et l'environnement.

Solubilité de l'or : La solubilité du complexe or-cyanure est également influencée par le pH. Dans une plage de pH alcaline appropriée, la formation d'un complexe or-cyanure soluble, tel que Na[Au(CN)₂], est favorisée. Un pH trop bas peut entraîner la décomposition du complexe, réduisant la quantité d'or dans la solution et donc l'efficacité de la lixiviation. De plus, en milieu acide, d'autres ions métalliques présents dans le minerai peuvent se dissoudre plus facilement, interférant ainsi avec le processus de lixiviation de l'or. Par exemple, les ions fer (Fe³⁺) des minéraux ferreux présents dans le minerai peuvent former des précipités ou se complexer avec le cyanure en solution acide, entrant en compétition avec l'or pour les ions cyanure.

Corrosion des équipements : Maintenir un pH correct est également crucial pour protéger les équipements utilisés lors du processus de lixiviation. En milieu acide, la solution de cyanure peut être très corrosive pour les équipements métalliques, tels que les cuves de lixiviation, les canalisations et les pompes. Par exemple, les cuves de lixiviation en acier peuvent se corroder rapidement dans une solution de cyanure acide, entraînant des fuites et nécessitant des remplacements fréquents d'équipements, ce qui augmente les coûts de production et les temps d'arrêt. En revanche, une solution alcaline est beaucoup moins corrosive pour la plupart des matériaux couramment utilisés dans les équipements d'extraction d'or.

Pour maintenir un pH approprié, on ajoute souvent de la chaux (CaO) ou de l'hydroxyde de sodium (NaOH) à la solution de lixiviation. La chaux est un réactif couramment utilisé pour ajuster le pH dans les mines d'or en raison de son coût relativement faible et de son efficacité. Elle réagit avec l'eau pour former de l'hydroxyde de calcium (Ca(OH)₂), capable de neutraliser les composants acides de la solution et d'augmenter le pH. L'ajout de chaux a également l'avantage de précipiter certains ions métalliques, comme le fer et le cuivre, ce qui peut réduire leur interférence avec le processus de lixiviation.

Température et temps de lixiviation

La température et le temps de lixiviation sont deux facteurs interdépendants qui ont un impact significatif sur l’efficacité de la lixiviation du cyanure.

Effet de la température : Une augmentation de la température entraîne généralement une accélération de la réaction cyanure-or. En effet, des températures plus élevées augmentent l'énergie cinétique des molécules réactives, notamment des ions cyanure et des atomes d'or à la surface du minerai. Par conséquent, la fréquence des collisions entre les réactifs augmente et la vitesse de réaction s'accélère. Par exemple, lors d'une expérience en laboratoire, lorsque la température de la solution de lixiviation passe de 20 °C à 40 °C, la vitesse de dissolution de l'or peut doubler, voire tripler dans certains cas. Cependant, l'augmentation de la température présente des limites. À mesure que la température augmente, la solubilité de l'oxygène dans la solution diminue. L'oxygène étant un agent oxydant essentiel dans la réaction or-cyanure, une diminution de sa solubilité peut limiter la vitesse de réaction. À des températures très élevées, proches de 100 °C, la solubilité de l'oxygène devient extrêmement faible et le processus de lixiviation peut devenir limité par l'oxygène. De plus, des températures plus élevées peuvent également entraîner une augmentation de l'hydrolyse du cyanure, comme mentionné précédemment, ce qui réduit la quantité de cyanure disponible pour la réaction de lixiviation de l'or. De plus, des températures élevées peuvent accélérer la corrosion des équipements, augmentant ainsi les coûts de maintenance et réduisant leur durée de vie. Dans la plupart des exploitations aurifères, la température de lixiviation est maintenue à un niveau modéré, généralement compris entre 15 °C et 30 °C. Cette plage de températures assure un équilibre entre la vitesse de réaction, la solubilité de l'oxygène, la stabilité du cyanure et la durabilité des équipements.

Effet du temps de lixiviation : Le temps de lixiviation est directement lié à la quantité d'or pouvant être extraite du minerai. En général, plus le temps de lixiviation augmente, plus la quantité d'or dissoute dans la solution de cyanure augmente. Cependant, la relation entre le temps de lixiviation et la récupération d'or n'est pas linéaire. Initialement, le taux de dissolution de l'or est relativement élevé et une quantité importante d'or peut être extraite en peu de temps. Mais à mesure que le processus de lixiviation se poursuit, le taux de dissolution de l'or diminue progressivement. En effet, les particules d'or les plus accessibles sont dissoutes en premier, et avec le temps, l'or restant devient plus difficile à atteindre en raison de facteurs tels que la formation de produits de réaction à la surface du minerai, qui peuvent agir comme une barrière. Par exemple, lors d'une opération de lixiviation sous agitation, une grande partie de l'or peut être dissoute dans les 24 à 48 premières heures. Par la suite, l'augmentation du temps de lixiviation peut n'entraîner qu'une augmentation marginale de la récupération d'or. Un allongement excessif du temps de lixiviation peut s'avérer peu rentable, car il augmente les coûts d'exploitation, notamment la consommation d'énergie, la consommation de réactifs et les coûts de main-d'œuvre. Dans le même temps, cela peut également conduire à la dissolution de davantage d’impuretés, ce qui peut compliquer le processus ultérieur de récupération de l’or.

Pour optimiser l'efficacité de la production, il est nécessaire de trouver un équilibre entre la température et le temps de lixiviation. Cela nécessite souvent de réaliser des essais en laboratoire sur un échantillon de minerai spécifique afin de déterminer la combinaison optimale de ces deux paramètres. Par exemple, pour un type de minerai particulier, une température de lixiviation de 25 °C et un temps de lixiviation de 36 heures peuvent permettre d'obtenir la meilleure récupération d'or au moindre coût.

Considérations relatives à la sécurité et à l'environnement

La toxicité du cyanure : précautions de manipulation et de stockage

Le cyanure, sous forme de cyanure de sodium utilisé dans la lixiviation de l'or, est une substance extrêmement toxique. Même une infime quantité peut être mortelle pour l'homme et d'autres organismes. Au contact d'acides, le cyanure de sodium peut libérer du gaz cyanhydrique, très volatil et rapidement absorbé par l'organisme par inhalation. L'ingestion ou le contact cutané avec le cyanure de sodium peut également entraîner une intoxication grave. La toxicité du cyanure est due à sa capacité à se lier à la cytochrome oxydase des cellules, perturbant ainsi le processus normal de respiration cellulaire et empêchant les cellules d'utiliser l'oxygène, entraînant ainsi une mort cellulaire rapide.

Compte tenu de son extrême toxicité, des précautions strictes de manipulation et de stockage sont essentielles. Les travailleurs impliqués dans l'utilisation du cyanure de sodium doivent recevoir une formation complète en matière de sécurité avant de manipuler ce produit chimique. Un équipement de protection individuelle, comprenant des gants en matériaux appropriés, comme le nitrile, pour éviter tout contact avec la peau, des lunettes de sécurité pour protéger les yeux et un équipement de protection respiratoire, comme un masque à gaz avec des filtres adaptés au cyanure d'hydrogène, doit être porté en permanence pendant la manipulation.

Les installations de stockage du cyanure de sodium doivent être situées dans un endroit bien ventilé et isolé, à l'écart des sources de chaleur, d'inflammation et de substances incompatibles. La zone de stockage doit être clairement signalée par des panneaux d'avertissement indiquant la présence d'une substance hautement toxique. Le cyanure de sodium doit être stocké dans des récipients hermétiquement fermés, fabriqués dans des matériaux résistants à la corrosion par le cyanure, tels que certains types de plastique ou l'acier inoxydable. Ces récipients doivent être stockés dans un système de confinement secondaire, tel qu'un bac anti-déversement ou une armoire de stockage conçue pour empêcher la propagation d'éventuels déversements. Des inspections régulières de la zone de stockage et des récipients sont nécessaires pour s'assurer de l'absence de fuites ou de signes de dégradation.

Lors du transport du cyanure de sodium, celui-ci doit être transporté conformément à une réglementation stricte. Des véhicules de transport spécialisés, équipés de dispositifs de sécurité pour prévenir les déversements et clairement identifiés comme transportant des matières dangereuses, sont requis. Le transport doit être étroitement surveillé et des plans d'intervention d'urgence doivent être mis en place en cas d'accident.

Impact environnemental et gestion des déchets

L'utilisation du cyanure dans la lixiviation de l'or peut avoir des impacts environnementaux importants, principalement en raison du rejet de déchets contenant du cyanure. Le déchet le plus préoccupant est celui des eaux usées riches en cyanure générées lors du processus de lixiviation. Si ces eaux usées ne sont pas correctement traitées et rejetées dans l'environnement, elles peuvent avoir des effets dévastateurs sur les écosystèmes aquatiques.

Le cyanure est hautement toxique pour les organismes aquatiques. Même à faible concentration, il peut tuer les poissons, les invertébrés et d'autres organismes aquatiques. Par exemple, une concentration de cyanure aussi faible que 0.05 mg/L dans l'eau peut être mortelle pour de nombreuses espèces de poissons. La présence de cyanure dans l'eau peut également perturber la chaîne alimentaire des écosystèmes aquatiques, car elle peut tuer les producteurs et les consommateurs primaires, entraînant une cascade d'effets négatifs sur les organismes de niveau supérieur. De plus, si l'eau contaminée est utilisée pour l'irrigation, elle peut affecter la qualité des sols et endommager les cultures.

Pour atténuer ces impacts environnementaux, une gestion adéquate des eaux usées contenant du cyanure est essentielle. Il existe plusieurs méthodes courantes pour traiter ces eaux usées :

Méthodes d'oxydation : L'oxydation chimique est une approche largement utilisée. Parmi les oxydants les plus courants figurent les composés chlorés, tels que l'hypochlorite de sodium (eau de Javel) ou le chlore gazeux. En présence d'un environnement alcalin, ces oxydants peuvent réagir avec le cyanure pour le transformer en composés moins toxiques. Par exemple, la réaction avec l'hypochlorite de sodium en solution alcaline peut transformer le cyanure (CN⁻) d'abord en cyanate (CNO⁻), puis en dioxyde de carbone (CO₂) et en azote gazeux (N₂) par une série de réactions. La réaction globale peut être représentée comme suit :

2CN⁻+5OCl⁻ + H₂O→2HCO₃⁻+N₂ + 5Cl⁻

Une autre méthode d'oxydation consiste à utiliser du peroxyde d'hydrogène (H₂O₂). Le peroxyde d'hydrogène peut oxyder le cyanure en cyanate en présence d'un catalyseur. Cette méthode est souvent privilégiée dans certains cas, car elle n'introduit pas de contaminants supplémentaires contrairement à certaines méthodes à base de chlore.

Neutralisation et précipitation : Dans certains cas, les eaux usées contenant du cyanure peuvent également contenir des complexes cyanure-métaux lourds. En ajustant le pH des eaux usées et en ajoutant des produits chimiques appropriés, ces métaux lourds peuvent être précipités. Par exemple, l'ajout de chaux (CaO) aux eaux usées peut augmenter le pH et provoquer la précipitation de métaux lourds tels que le cuivre, le zinc et le fer sous forme d'hydroxydes. Le cyanure peut ensuite être traité par oxydation après élimination des métaux lourds.

Traitement biologique : Certains micro-organismes ont la capacité de dégrader le cyanure. Dans les systèmes de traitement biologique, tels que les procédés à boues activées ou les réacteurs à biofilm, ces micro-organismes peuvent être utilisés pour décomposer le cyanure en substances moins nocives. Cependant, le traitement biologique est plus adapté aux eaux usées à concentration faible à modérée en cyanure, car de fortes concentrations de cyanure peuvent être toxiques pour les micro-organismes. Ces derniers utilisent le cyanure comme source d'azote et de carbone, le transformant en ammoniac, dioxyde de carbone et autres sous-produits inoffensifs par leurs processus métaboliques.

Outre le traitement des eaux usées, il convient également de s'efforcer de minimiser la quantité de cyanure utilisée dans le processus de lixiviation de l'or et de recycler et réutiliser les solutions contenant du cyanure autant que possible. Cela peut contribuer à réduire l'impact environnemental global des opérations d'extraction d'or qui dépendent de la lixiviation au cyanure.

Études de cas et pratiques de l'industrie

Réussites : Opérations de lixiviation au cyanure à haute efficacité

Plusieurs exploitations minières d’or à travers le monde ont obtenu un succès remarquable en matière de lixiviation au cyanure, établissant ainsi des références pour l’industrie en termes d’efficacité, de rentabilité et de gestion de l’environnement.

La mine de Yanacocha au Pérou, l'une des plus grandes mines d'or au monde, en est un exemple. Elle a mis en œuvre une série de mesures innovantes pour optimiser son processus de lixiviation au cyanure. Grâce à des études approfondies de caractérisation du minerai, les ingénieurs de la mine ont pu comprendre précisément ses propriétés. Cela leur a permis d'adapter la concentration en cyanure et les conditions de lixiviation aux caractéristiques spécifiques du minerai. Par exemple, ils ont constaté que pour un type particulier de minerai à forte teneur en sulfures, une concentration en cyanure légèrement supérieure, d'environ 0.08 % à 0.1 %, était nécessaire pour compenser la consommation de cyanure par les minéraux sulfurés. Cet ajustement précis de la concentration en cyanure a non seulement amélioré le taux de récupération de l'or, mais a également réduit la consommation globale de cyanure par tonne de minerai.

En matière de protection de l'environnement, la mine de Yanacocha a réalisé d'importants investissements dans des installations de traitement des eaux usées de pointe. Elle a adopté un procédé de traitement en plusieurs étapes combinant oxydation chimique, neutralisation et traitement biologique pour éliminer efficacement le cyanure et autres contaminants des eaux usées. L'eau traitée est ensuite recyclée pour être utilisée dans le processus de lixiviation, réduisant ainsi la dépendance de la mine aux ressources en eau douce et minimisant son impact environnemental.

La mine de Porgera, en Papouasie-Nouvelle-Guinée, est une autre réussite. Cette mine a mis l'accent sur l'amélioration continue des procédés et l'innovation technologique. Elle a mis en place un système de contrôle automatisé de pointe pour ses cuves de lixiviation agitée. Ce système surveille et ajuste en permanence des paramètres tels que la vitesse d'agitation, le débit de la solution de cyanure et la température de la boue de lixiviation. En maintenant des conditions optimales en permanence, la mine a atteint un taux de récupération d'or élevé, supérieur à 90 % dans certaines opérations. De plus, la mine de Porgera a activement participé à la recherche et au développement afin de trouver des réactifs alternatifs permettant de réduire l'impact environnemental du processus de lixiviation au cyanure. Elle a mené des essais avec de nouveaux types de réactifs sans cyanure. agent de lixiviations, bien que la lixiviation au cyanure reste la méthode principale en raison de son efficacité et de sa rentabilité.

Défis rencontrés et solutions adoptées

Malgré son utilisation répandue, la lixiviation au cyanure dans les mines d'or présente des défis. Les mines sont souvent confrontées à divers problèmes pouvant impacter l'efficacité, le coût et la durabilité environnementale du procédé.

Propriétés complexes du minerai

De nombreux minerais aurifères présentent des compositions complexes, ce qui peut poser des défis importants pour la lixiviation au cyanure. Par exemple, les minerais riches en arsenic, comme ceux de certains gisements de l'ouest des États-Unis, peuvent être particulièrement difficiles à traiter. Les minéraux contenant de l'arsenic, comme l'arsénopyrite, peuvent réagir avec le cyanure et l'oxygène, consommant ainsi de grandes quantités de cyanure et réduisant l'efficacité de la lixiviation de l'or. De plus, la présence d'arsenic dans le lixiviat peut complexifier et compliquer le traitement des eaux usées en raison de la toxicité des composés arseniceux.

Pour résoudre ce problème, certaines mines ont adopté des méthodes de prétraitement. Une approche courante est le grillage, qui consiste à chauffer le minerai à l'air libre. Le grillage oxyde les minéraux arseniceux, les transformant en formes plus stables, moins susceptibles d'interférer avec le processus de lixiviation au cyanure. Après le grillage, le minerai peut être soumis à une lixiviation au cyanure classique. Une autre méthode de prétraitement est la biooxydation, qui utilise des micro-organismes pour oxyder les minéraux sulfurés et arseniceux. Cette méthode est plus respectueuse de l'environnement que le grillage, car elle fonctionne à des températures plus basses et produit moins de pollution atmosphérique.

Augmentation des réglementations environnementales

Avec la prise de conscience environnementale croissante, les exploitations aurifères sont soumises à des réglementations plus strictes concernant l'utilisation et l'élimination du cyanure. Dans de nombreux pays, les limites autorisées de cyanure dans les eaux usées et les émissions atmosphériques ont été considérablement renforcées. Par exemple, en Australie, les autorités de réglementation environnementale ont fixé des limites strictes pour la concentration de cyanure dans les eaux usées rejetées par les mines d'or. Les mines sont tenues de respecter ces limites pour éviter de lourdes amendes et une éventuelle fermeture.

Pour se conformer à ces réglementations, les mines investissent dans des technologies avancées de traitement des eaux usées. Certaines utilisent des procédés d'oxydation avancés, tels que l'utilisation d'ozone ou de rayons ultraviolets (UV) en combinaison avec du peroxyde d'hydrogène, pour décomposer plus efficacement le cyanure présent dans les eaux usées. Ces méthodes permettent d'obtenir de très faibles concentrations résiduelles de cyanure dans l'eau traitée. De plus, les mines mettent en œuvre de meilleures pratiques de gestion pour prévenir les déversements et les fuites de cyanure. Cela comprend l'amélioration de la conception et de la maintenance des installations de stockage, l'utilisation de bassins à double paroi pour les solutions contenant du cyanure et la mise en place de systèmes de surveillance en temps réel pour détecter immédiatement toute fuite potentielle.

Rapport coût-efficacité sur un marché de l'or volatil

Le coût des opérations d'extraction de l'or, y compris la lixiviation au cyanure, constitue une préoccupation majeure, notamment dans un marché de l'or volatil. Les fluctuations du prix de l'or peuvent avoir un impact significatif sur la rentabilité des mines. Le cyanure, réactif clé du processus de lixiviation, peut représenter une part substantielle du coût global de production.

Pour améliorer la rentabilité, les mines cherchent constamment des moyens de réduire la consommation de réactifs et d'accroître l'efficacité des procédés. Certaines utilisent des analyses avancées et des approches basées sur les données pour optimiser le processus de lixiviation. L'analyse de grands volumes de données sur les propriétés du minerai, les conditions de lixiviation et les taux de récupération de l'or permet d'identifier les paramètres d'exploitation optimaux pour chaque lot de minerai. Cela leur permet de réduire la quantité de cyanure utilisée sans compromettre la récupération de l'or. Par exemple, certaines mines ont mis en œuvre des algorithmes d'apprentissage automatique capables de prédire la concentration optimale en cyanure et le temps de lixiviation en fonction de la composition chimique et de la granulométrie du minerai. De plus, les mines explorent l'utilisation de réactifs ou d'additifs alternatifs plus rentables, susceptibles d'améliorer le processus de lixiviation et de réduire la dépendance au cyanure.

Tendances futures de la technologie de lixiviation du cyanure

Innovations technologiques visant à améliorer l'efficacité et à réduire les risques

L'avenir de la technologie de lixiviation au cyanure est prometteur, avec plusieurs innovations technologiques à l'horizon. L'un des axes prioritaires est le développement d'équipements de lixiviation plus performants. Par exemple, les chercheurs travaillent à la conception de cuves de lixiviation de nouvelle génération dotées de systèmes d'agitation améliorés. Ces systèmes visent à améliorer le mélange de la boue de minerai et de la solution de cyanure, assurant ainsi une distribution plus uniforme des réactifs. Une avancée récente est l'utilisation de la dynamique des fluides numérique (CFD) pour optimiser la conception des agitateurs des cuves de lixiviation. En simulant les schémas d'écoulement de la boue et de la solution, les ingénieurs peuvent concevoir des agitateurs qui assurent un meilleur mélange, réduisent la consommation d'énergie et améliorent l'efficacité globale du processus de lixiviation.

Un autre domaine d'innovation réside dans le développement de procédés de lixiviation continue. Les procédés traditionnels de lixiviation par lots souffrent souvent d'inefficacité en raison de la nécessité de démarrages et d'arrêts fréquents. Les procédés de lixiviation continue, en revanche, peuvent fonctionner en continu, réduisant ainsi les temps d'arrêt et augmentant la productivité. Certaines sociétés minières explorent déjà l'utilisation de réacteurs à cuve agitée continue (CSTR) pour la lixiviation au cyanure. Ces réacteurs peuvent maintenir un fonctionnement stable, permettant une lixiviation plus constante et plus efficace. De plus, les procédés de lixiviation continue s'intègrent plus facilement aux autres opérations unitaires du processus d'extraction de l'or, telles que le broyage du minerai et la récupération de l'or, ce qui permet une exploitation globale plus rationalisée et plus efficace.

Afin de réduire les risques environnementaux et sécuritaires, de nouvelles technologies sont développées pour mieux gérer les déchets contenant du cyanure. Par exemple, le développement de technologies de séparation membranaire pour le traitement des eaux usées riches en cyanure suscite un intérêt croissant. La filtration membranaire permet d'éliminer efficacement le cyanure et d'autres contaminants des eaux usées, produisant ainsi un flux d'eau propre pouvant être recyclé dans le processus de lixiviation. Cela permet non seulement de réduire l'impact environnemental de l'exploitation minière, mais aussi de réaliser des économies d'eau. Certains systèmes membranaires sont conçus pour être mobiles, permettant le traitement sur site des déchets contenant du cyanure, ce qui est particulièrement utile pour les exploitations minières isolées.

La recherche d'agents de lixiviation alternatifs

La recherche d'agents de lixiviation alternatifs au cyanure de sodium est un domaine de recherche actif depuis quelques années. Ces recherches sont principalement motivées par la nécessité de réduire les risques environnementaux et sécuritaires liés à l'utilisation du cyanure et de trouver des méthodes de lixiviation plus efficaces et plus rentables.

Le thiosulfate est l'un des agents de lixiviation alternatifs les plus prometteurs. Ce réactif relativement non toxique peut dissoudre l'or dans certaines conditions. Son mécanisme de lixiviation implique la formation d'un complexe entre l'or et les ions thiosulfate en présence d'un agent oxydant. Comparé au cyanure, le thiosulfate présente plusieurs avantages. Sa toxicité est bien moindre, ce qui réduit les risques pour la sécurité et l'environnement liés à son utilisation. De plus, la lixiviation au thiosulfate est moins sensible à la présence de certaines impuretés dans le minerai, telles que le cuivre et le fer, qui peuvent interférer avec le processus de lixiviation au cyanure. Cependant, la lixiviation au thiosulfate présente également des difficultés. Le processus de lixiviation est souvent plus complexe et nécessite un contrôle rigoureux du pH, de la température et de la concentration des réactifs. Son coût relativement élevé peut limiter son utilisation dans les exploitations minières à grande échelle.

Une autre alternative consiste à utiliser des agents de lixiviation à base d'halogénures, tels que le bromure et le chlorure. Ces agents peuvent dissoudre l'or par des réactions d'oxydation et de complexation. La lixiviation à base de bromure, par exemple, a montré des taux de dissolution de l'or élevés dans certaines études. Cependant, ces agents présentent également des inconvénients. Ils peuvent être corrosifs pour les équipements, ce qui augmente les coûts de maintenance. De plus, l'élimination des déchets générés par les procédés de lixiviation à base d'halogénures peut s'avérer complexe en raison de l'impact environnemental potentiel des déchets contenant des halogénures.

Les agents de lixiviation biologique sont également à l'étude. Certains micro-organismes, comme certaines bactéries et certains champignons, ont la capacité de produire des acides organiques ou d'autres substances capables de dissoudre l'or. La lixiviation biologique est une option respectueuse de l'environnement, car elle n'implique pas l'utilisation de produits chimiques toxiques. Cependant, le processus est relativement lent et les conditions de croissance des micro-organismes doivent être soigneusement contrôlées. Des recherches sont en cours pour améliorer l'efficacité de la lixiviation biologique et en faire une alternative viable pour les exploitations aurifères à grande échelle.

Conclusion

Récapitulatif de l'importance et des complexités de la lixiviation au cyanure dans l'exploitation aurifère

La lixiviation au cyanure a été et demeure d'une importance capitale dans l'industrie aurifère. Sa capacité à extraire l'or des minerais à faible teneur a rendu les opérations d'extraction aurifère plus rentables à grande échelle. Les propriétés chimiques uniques du cyanure de sodium, telles que sa grande sélectivité pour l'or, sa solubilité dans l'eau, son faible coût et sa stabilité en solutions alcalines, en ont fait le réactif de choix pour l'extraction de l'or depuis plus d'un siècle.

Cependant, le processus est loin d'être simple. L'efficacité de la lixiviation au cyanure dépend de nombreux facteurs. Les caractéristiques du minerai, notamment son type (sulfuré ou oxydé), la présence d'impuretés comme les minéraux sulfurés et la granulométrie de l'or qu'il contient, peuvent avoir un impact considérable sur le processus de lixiviation. La concentration en cyanure de la solution de lixiviation, son pH, sa température et sa durée doivent être soigneusement optimisés pour obtenir des taux de récupération d'or élevés tout en minimisant la consommation de réactifs et l'impact environnemental.

De plus, la toxicité du cyanure pose d'importants problèmes de sécurité et d'environnement. Des précautions strictes en matière de manipulation et de stockage sont essentielles pour protéger les travailleurs des effets mortels du cyanure, et une gestion adéquate des déchets est cruciale pour prévenir le rejet de déchets contenant du cyanure dans l'environnement, ce qui peut avoir des conséquences dévastatrices pour les écosystèmes aquatiques et la santé humaine.

Appel à l'action pour des pratiques d'extraction d'or durables et sûres

À mesure que l'industrie aurifère progresse, il est impératif pour les sociétés minières de privilégier des pratiques durables et sûres. Cela implique non seulement d'optimiser le processus de lixiviation au cyanure pour une efficacité maximale, mais aussi d'investir dans la recherche et le développement afin de trouver des agents de lixiviation alternatifs capables de réduire les risques environnementaux et sécuritaires liés à l'utilisation du cyanure.

À court terme, les sociétés minières devraient se concentrer sur la mise en œuvre de systèmes de gestion environnementale exemplaire. Cela comprend la modernisation des installations de traitement des eaux usées afin de garantir un traitement efficace des déchets contenant du cyanure avant leur rejet. Des systèmes de surveillance en temps réel devraient être installés pour détecter immédiatement toute fuite ou tout déversement potentiel de cyanure, permettant ainsi une intervention et une atténuation rapides. Les travailleurs devraient bénéficier d'une formation complète en matière de sécurité et avoir accès aux équipements de protection individuelle les plus récents.

À long terme, l'industrie devrait collaborer avec les instituts de recherche et les universités pour accélérer le développement de technologies de lixiviation alternatives. Les recherches prometteuses sur les agents de lixiviation à base de thiosulfate, d'halogénure et biologiques devraient être approfondies et affinées. De plus, l'innovation continue dans les équipements et procédés miniers, comme le développement de cuves de lixiviation plus performantes et de procédés de lixiviation continue, peut contribuer à améliorer la durabilité globale des opérations d'extraction d'or.

Les consommateurs ont également un rôle à jouer. En exigeant de l'or issu de sources responsables, ils peuvent influencer le marché et encourager les sociétés minières à adopter des pratiques durables et sûres. Grâce à ces efforts collectifs, l'industrie aurifère peut continuer à prospérer tout en minimisant son empreinte environnementale et en garantissant la sécurité et le bien-être de toutes les parties prenantes.