Réactifs pour inhiber la lixiviation du cuivre lors de la cyanuration du minerai d'or contenant du cuivre

Introduction

La cyanuration est une méthode largement utilisée et efficace pour extraire l'or des minerais aurifères, notamment les minerais cuprifères. Elle repose sur la capacité de ion cyanures pour former des complexes stables avec l'or, permettant la dissolution de l'or de la matrice du minerai. La réaction chimique fondamentale du processus de cyanuration de l'or est : 4Au + 8NaCN + O₂ + 2H₂O = 2Na[Au(CN)₂] + 2NaOH. Ce procédé est la pierre angulaire de l'industrie aurifère depuis plus d'un siècle en raison de son efficacité relativement élevée et de sa technologie bien maîtrisée.

Cependant, lorsqu'il s'agit de minerais d'or contenant du cuivre, la présence de minerai de cuivres pose des défis importants. Les minéraux de cuivre courants associés à l'or, tels que la chalcopyrite (CuFeS_2), la chalcocite (Cu_2S), la malachite (Cu_2(OH)_2CO_3) et l'azurite (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), sont très réactifs dans les solutions de cyanure. Par exemple, dans un milieu contenant du cyanure, la chalcocite peut réagir comme suit : Cu_2S + 4NaCN = 2Na[Cu(CN)_2] + Na_2S. Ces réactions conduisent à la consommation d'une grande quantité de cyanure. Une consommation excessive de cyanure augmente non seulement le coût de production, mais a également des conséquences environnementales en raison de la toxicité du cyanure.

De plus, la dissolution du cuivre peut interférer avec les processus ultérieurs de récupération d'orDes niveaux élevés de cuivre dans la solution de cyanure peuvent réduire l'efficacité de la formation du complexe or-cyanure, diminuant ainsi la teneur en or taux de lixiviationCela est dû au fait que le cuivre entre en compétition avec l'or pour les ions cyanure et l'oxygène dans la solution, perturbant ainsi l'équilibre chimique nécessaire à une dissolution efficace de l'or. Dans certains cas, la présence de cuivre peut également entraîner des problèmes dans les procédés en aval, tels que la cémentation au zinc ou le charbon en pulpe (CIP) pour la récupération de l'or, entraînant une baisse des taux de récupération et une mauvaise qualité du produit.

Il est donc crucial de trouver des réactifs efficaces pour inhiber la lixiviation du cuivre lors de la cyanuration des minerais d'or cuprifères. Ces réactifs peuvent contribuer à optimiser le processus de cyanuration et à réduire consommation de cyanure, et améliorer l'efficacité globale de l'extraction de l'or, rendant l'exploitation minière plus viable économiquement et respectueuse de l'environnement. Dans les sections suivantes, nous explorerons différents réactifs étudiés et utilisés à cette fin.

Caractéristiques de lixiviation du cuivre dans les solutions de cyanure

Dans les solutions de cyanure, les minéraux de cuivre associés à l'or présentent des comportements de lixiviation distincts. Les minéraux de cuivre primaires courants tels que la chalcopyrite (CuFeS_2) et la chalcocite (Cu_2S), ainsi que la malachite (Cu_2(OH)_2CO_3), l'azurite (Cu_3(OH)_2(CO_3)_2), la bornite (Cu_5FeS_4), la cuprite (Cu_2O) et le cuivre natif sont relativement solubles.

Ces minéraux de cuivre peuvent être lixiviés à température ambiante (25°C). Le taux de lixiviation du cuivre varie considérablement, allant de 5 à 10 % à plus de 90 %. Par exemple, la malachite et l'azurite, minéraux de carbonate de cuivre, sont très réactives dans les solutions de cyanure. La réaction chimique de la malachite avec le cyanure peut être exprimée par la formule suivante : Cu_2(OH)_2CO_3+4NaCN + H_2O = 2Na[Cu(CN)_2]+Na_2CO_3 + 2NaOH. Cela montre que sous l'action du cyanure, le cuivre de la malachite peut être efficacement dissous.

Lors de la manipulation de concentrés d'or à forte teneur en cuivre, le processus de lixiviation lors de la cyanuration présente des symptômes cliniques. La consommation de cyanure devient extrêmement élevée. Généralement, pour différents minéraux de cuivre, la dissolution d'un gramme de cuivre nécessite la consommation de 1 à 2.3 grammes de Le cyanure de sodiumParallèlement, la dissolution du cuivre consomme également de l'oxygène en solution. Par exemple, lors de la lixiviation de la chalcocite, la réaction 2Cu_2S+8NaCN + O_2+2H_2O = 4Na[Cu(CN)_2]+2Na_2S + 4NaOH se produit, ce qui consomme non seulement une grande quantité de cyanure, mais aussi une quantité significative d'oxygène.

De plus, l'effet de lixiviation devient relativement faible. Des concentrations élevées de cuivre dans la solution de cyanure peuvent réduire l'efficacité de la formation du complexe or-cyanure. Le cuivre entre en compétition avec l'or pour les ions cyanure et l'oxygène dans la solution. Par conséquent, l'équilibre chimique nécessaire à une dissolution efficace de l'or est perturbé. Cela entraîne une diminution du taux de lixiviation de l'or et peut également entraîner des problèmes lors des procédés ultérieurs de récupération de l'or, tels que la cémentation au zinc ou le charbon en pulpe (CIP), ce qui se traduit par une baisse du taux de récupération de l'or et une baisse de la qualité du produit.

Réactifs courants pour inhiber la lixiviation du cuivre

Sels de plomb

Les sels de plomb sont souvent utilisés comme réactifs pour inhiber la lixiviation du cuivre lors de la cyanuration des minerais d'or cuprifères. Les sels de plomb couramment utilisés comprennent le nitrate de plomb (Pb(NO_3)_2), l'acétate de plomb (C_4H_6O_4Pb\cdot3H_2O) et l'oxyde de plomb (PbO).

Prenons l'exemple de l'acétate de plomb. Des recherches ont montré que l'ajout d'acétate de plomb avant la lixiviation au cyanure peut inhiber efficacement la lixiviation du cuivre, favoriser la lixiviation de l'or et de l'argent, et réduire la consommation de Le cyanure de sodiumPour un concentré d'or d'une teneur en cuivre de 4.92 %, lorsque 150 g/t d'acétate de plomb sont ajoutés directement avant la lixiviation, dans les conditions d'une finesse de broyage de -0.037 mm (granulométrie représentant 95 %), d'un temps de lixiviation de 48 h, d'une concentration en cyanure de sodium de 0.5 %, d'un pH de 12 et d'une concentration en pulpe de 40 %, la teneur en or du résidu de lixiviation peut être réduite à 1.20 g/t, le taux de lixiviation de l'or atteint 97.55 %, le taux de récupération de l'argent est de 60.28 % et la consommation de cyanure de sodium est de 14.37 kg/t. Cela démontre clairement l'effet positif de l'acétate de plomb dans ce processus.

Le mécanisme inhibiteur des sels de plomb pourrait être lié à la formation de composés insolubles. Par exemple, le plomb peut réagir avec les substances soufrées du minerai pour former du sulfure de plomb insoluble. Cette réaction réduit la quantité de substances soufrées susceptibles de réagir avec les minéraux de cuivre, inhibant ainsi leur dissolution. De plus, les sels de plomb peuvent également affecter les propriétés de surface des minéraux de cuivre, réduisant leur réactivité dans la solution de cyanure.

Agents chélateurs (par exemple, acide citrique)

Les agents chélatants, comme l'acide citrique, peuvent également jouer un rôle dans l'inhibition de la lixiviation du cuivre lors de la cyanuration. Ces agents chélatants, comme l'acide citrique, agissent selon un mécanisme unique. L'acide citrique contient des groupes carboxyle et hydroxyle, qui peuvent se chélater avec des ions nocifs tels que Cu^{2+}, Zn^{2+}, Fe^{2+} et Fe^{3+} présents dans la pâte pour former des chélates stables.

Par exemple, le groupe carboxyle de l'acide citrique peut se coordonner avec les ions métalliques par l'intermédiaire des doublets non liants des atomes d'oxygène, formant ainsi une structure cyclique. En chélatant ces ions métalliques, l'acide citrique peut éliminer leurs effets négatifs sur le processus de lixiviation par cyanuration, notamment en réduisant leur consommation d'oxygène dans la solution. De plus, l'acide citrique peut inhiber la dissolution des minéraux de gangue, tels que ceux contenant du calcium et du magnésium. Il peut interagir avec la surface de ces minéraux de gangue, modifiant leur charge de surface et leurs propriétés hydrophiles-hydrophobes, les rendant plus difficiles à dissoudre dans la solution de cyanure. Cette inhibition des minéraux de gangue peut également améliorer l'oxygène actif effectif dans la pulpe. Lorsque les minéraux de gangue sont moins susceptibles de se dissoudre, ils consomment moins d'oxygène, ce qui augmente la disponibilité de l'oxygène pour la cyanuration de l'or, ce qui favorise sa lixiviation. En général, l’ajout d’acide citrique peut aider à créer un environnement chimique plus favorable à la cyanuration de l’or, réduisant l’interférence d’autres ions métalliques et améliorant l’efficacité de l’extraction de l’or.

Autres (brève introduction)

Outre les réactifs mentionnés ci-dessus, le contrôle de la concentration en ions cyanure peut également être un moyen efficace d'atténuer la dissolution du cuivre. Lorsque la concentration en ions cyanure est correctement contrôlée dans une certaine plage, la vitesse de réaction des minéraux de cuivre avec le cyanure peut être réduite. Par exemple, pour certains minerais d'or à teneur relativement élevée en minéraux de cuivre facilement solubles, en maintenant la concentration en ions CN^ libres à un niveau relativement faible (par exemple, 0.05 % à 0.10 %), la vitesse de dissolution des minéraux de cuivre peut être considérablement ralentie, tandis que celle des minéraux d'or reste relativement élevée, de sorte que le cyanure agit principalement sur la dissolution des minéraux d'or.

Une autre méthode consiste à utiliser le système ammoniac-cyanure. Dans ce système, l'ammoniac peut former des complexes avec les ions cuivre, ce qui peut inhiber dans une certaine mesure la lixiviation du cuivre. Cependant, en raison de la forte volatilité de l'ammoniac, il est difficile de maintenir une concentration stable dans le processus de production industrielle, ce qui limite son application industrielle à grande échelle. Bien que cette méthode présente l'avantage de réduire la lixiviation du cuivre, les défis liés à son exploitation pratique et à sa rentabilité doivent être approfondis.

Facteurs affectant l'effet des réactifs

L'efficacité des réactifs utilisés pour inhiber la lixiviation du cuivre lors de la cyanuration des minerais d'or contenant du cuivre est influencée par plusieurs facteurs, qu'il est essentiel de comprendre pour optimiser le processus de cyanuration.

Propriétés du minerai

1. Type de minéraux de cuivre

1. Les différents minéraux de cuivre présentent des réactivités distinctes dans les solutions de cyanure. Par exemple, les minéraux de carbonate de cuivre tels que la malachite (Cu2(OH)2CO3) et l'azurite (Cu3(OH)2(CO3)2) sont relativement plus réactifs que certains minéraux de cuivre sulfurés primaires comme la chalcopyrite (CuFeS2). La malachite réagit facilement avec le cyanure selon la réaction Cu2(OH)2CO3+4NaCN+H2O = 2Na[Cu(CN)2]+Na2CO3+2NaOH. Cette forte réactivité signifie que l'utilisation de réactifs pour inhiber la lixiviation du cuivre peut nécessiter un dosage plus élevé pour les minerais riches en ces minéraux de cuivre réactifs.

2. En revanche, la chalcopyrite présente une structure plus complexe et nécessite davantage d'énergie et des conditions de réaction spécifiques pour se dissoudre dans les solutions de cyanure. Cependant, dans certaines conditions, elle peut néanmoins contribuer à une consommation importante de cyanure. Comprendre le type de cuivre dominant dans le minerai est la première étape pour déterminer le réactif approprié et son dosage.

2. Teneur en minéraux de cuivre

1. Plus la teneur en cuivre du minerai est élevée, plus le potentiel de lixiviation du cuivre et la consommation de cyanure correspondante sont importants. Par exemple, dans un minerai aurifère contenant 5 % de cuivre, la quantité de cyanure consommée par les réactions de lixiviation du cuivre sera bien plus élevée que dans un minerai contenant 1 % de cuivre. Par conséquent, le réactif nécessaire pour inhiber la lixiviation du cuivre doit être ajusté proportionnellement. Un minerai à forte teneur en cuivre peut nécessiter une plus grande quantité de sels de plomb ou d'agents chélatants pour inhiber efficacement la dissolution du cuivre. Des recherches ont montré que pour chaque augmentation de 1 % de la teneur en cuivre facilement soluble du minerai, la consommation d'un inhibiteur à base de sels de plomb peut devoir être augmentée de 10 à 20 g/t pour maintenir le même niveau d'inhibition de la lixiviation du cuivre.

Processus Conditions

1. Concentration de cyanure

1. La concentration de cyanure dans la solution joue un double rôle dans la lixiviation du cuivre et l'efficacité des inhibiteurs. Une faible concentration en cyanure réduit la vitesse des réactions de lixiviation du cuivre. Par exemple, si la concentration en cyanure libre (CN^-) est maintenue entre 0.05 % et 0.10 %, la vitesse de dissolution des minéraux de cuivre peut être considérablement ralentie. En revanche, une concentration en cyanure trop faible peut également affecter la vitesse de lixiviation de l'or.

2. Lors de l'utilisation de réactifs tels que les sels de plomb, la concentration optimale en cyanure pour leur efficacité peut varier. Dans certains cas, une concentration légèrement supérieure (environ 0.15 % à 0.20 %) peut être nécessaire pour garantir que l'inhibiteur de sel de plomb puisse former des composés insolubles avec les substances soufrées du minerai, inhibant ainsi efficacement la lixiviation du cuivre. Cependant, une concentration trop élevée en cyanure peut favoriser la dissolution des minéraux de cuivre malgré la présence d'inhibiteurs.

2. PH

1. Le pH de la solution de cyanure est essentiel à la lixiviation du cuivre et à l'action des inhibiteurs. En général, le processus de cyanuration s'effectue en milieu alcalin, généralement à un pH compris entre 10 et 11. À ce pH, la stabilité de l'ion cyanure est maintenue et son hydrolyse est minimisée.

2. Pour les agents chélatants tels que l'acide citrique, le pH de la solution affecte leur pouvoir chélateur. L'acide citrique contient des groupes carboxyle et hydroxyle qui se chélatent avec les ions métalliques. En milieu alcalin, la dissociation de ces groupes fonctionnels est favorisée, améliorant leur pouvoir chélateur avec les ions cuivre. Cependant, un pH trop élevé (supérieur à 12) peut provoquer des réactions secondaires réduisant l'efficacité de l'agent chélateur. Par exemple, dans une solution très alcaline, certains complexes métal-chélate peuvent se décomposer, libérant les ions cuivre chélatés dans la solution.

3. Temps de lixiviation

1. Le temps de lixiviation peut influencer le degré de lixiviation du cuivre et l'efficacité des inhibiteurs. Plus le temps de lixiviation augmente, plus la quantité de cuivre lixiviée peut être importante si elle n'est pas efficacement inhibée. Par exemple, lors d'un processus de lixiviation de courte durée (moins de 12 heures), la quantité de cuivre lixiviée peut être relativement faible et l'inhibiteur peut plus facilement contrôler la vitesse de lixiviation du cuivre. En revanche, si le temps de lixiviation est prolongé à 48 heures ou plus, l'effet cumulatif des réactions de lixiviation du cuivre peut devenir plus important.

2. Dans le cas des inhibiteurs à base de sel de plomb, un temps de lixiviation plus long peut nécessiter un dosage initial plus élevé. En effet, au fil du temps, les composés insolubles contenant du plomb formés peuvent être progressivement consommés ou leur efficacité peut diminuer en raison de la présence continue de substances réactives dans la solution de cyanure. Le temps de lixiviation doit donc être soigneusement pris en compte lors du choix de la quantité et du type de réactif à utiliser pour l'inhibition de la lixiviation du cuivre.

Études de cas et applications pratiques

Cas 1 : Application des sels de plomb dans une mine d'or en Afrique du Sud

Une mine d'or en Afrique du Sud traitait un minerai cuprifère d'environ 3 %. Avant l'utilisation de sels de plomb comme inhibiteur, le processus de cyanuration présentait plusieurs difficultés. La consommation de cyanure était extrêmement élevée, atteignant jusqu'à 15 kg/t de minerai, et le taux de lixiviation de l'or n'était que d'environ 80 %. La forte teneur en cuivre du minerai entraînait une dissolution importante du cuivre lors de la cyanuration, ce qui non seulement consommait une grande quantité de cyanure, mais interférait également avec le processus de lixiviation de l'or.

Après l'ajout de nitrate de plomb (Pb(NO_3)_2) à raison de 200 g/t de minerai, des changements remarquables ont été observés. La consommation de cyanure a été réduite à 8 kg/t de minerai, soit une baisse d'environ 47 %. Le taux de lixiviation de l'or a augmenté à 90 %. Les avantages économiques ont été significatifs. Compte tenu du prix du cyanure et de la valeur de l'or supplémentaire récupéré, la mine a économisé environ 50 $ par tonne de minerai traité. D'un point de vue environnemental, la réduction de la consommation de cyanure a entraîné une diminution des risques environnementaux liés aux fuites et à l'élimination du cyanure. La quantité de déchets contenant du cyanure a également été réduite, ce qui a été bénéfique pour l'environnement écologique local.

Cas 2 : Application d'un agent chélateur (acide citrique) dans une mine d'or en Australie

Dans une mine d'or australienne, le minerai contenait une quantité importante de minéraux de cuivre, principalement de la chalcopyrite et quelques minéraux de carbonate de cuivre. Le procédé initial de cyanuration, sans agent chélateur, présentait un taux de lixiviation de l'or de 75 % et de 30 % pour le cuivre. Ce taux élevé de lixiviation du cuivre entraînait une consommation importante de cyanure, environ 12 kg/t de minerai.

L'ajout d'acide citrique au procédé de cyanuration à raison de 1 kg/t de minerai a amélioré la situation. Le taux de lixiviation du cuivre a été réduit à 10 % et celui de l'or à 85 %. La consommation de cyanure a été réduite à 6 kg/t de minerai. D'un point de vue économique, le coût de l'ajout d'acide citrique était relativement faible par rapport aux économies réalisées sur la consommation de cyanure et à la récupération accrue d'or. La mine estimait pouvoir augmenter son bénéfice annuel d'environ 300,000 XNUMX $. Sur le plan environnemental, la réduction de la lixiviation du cuivre a permis de réduire les eaux usées contenant du cuivre, ce qui a facilité leur traitement et a eu un impact moindre sur les ressources en eau environnantes.

Cas 3 : Application d'un nouvel inhibiteur (MZY) dans une mine d'or chinoise

Une mine d'or en Chine exploitait un minerai d'or réfractaire contenant du cuivre. Le procédé traditionnel de cyanuration présentait un taux de lixiviation de l'or de seulement 70 % et un taux de lixiviation du cuivre élevé, ce qui entraînait une consommation importante de cyanure. Après l'ajout d'un nouvel inhibiteur, le MZY, à un dosage précis, et dans des conditions de traitement optimisées, notamment l'ajout de 18 kg/t de chaux et de 1.2 kg/t de cyanure de sodium, le taux de lixiviation de l'or a atteint 83 % - 84 %, et celui du cuivre a été réduit à 4 % - 5 %.

Ce nouveau procédé a non seulement amélioré l'efficacité de la lixiviation de l'or, mais a également réduit considérablement la consommation de cyanure. Les avantages économiques étaient doubles : la récupération accrue de l'or a ajouté de la valeur à la production, et la réduction de la consommation de cyanure a permis de réaliser des économies. En termes de protection de l'environnement, la diminution de la consommation de cyanure et des déchets contenant du cuivre a réduit l'impact environnemental, rendant l'exploitation minière plus durable. Ces études de cas démontrent clairement l'intérêt pratique de l'utilisation de réactifs pour inhiber la lixiviation du cuivre lors de la cyanuration des minerais d'or cuprifères, tant en termes d'avantages économiques que de protection de l'environnement.

Conclusion

Lors du processus de cyanuration des minerais d'or cuprifères, la lixiviation du cuivre entraîne non seulement une consommation élevée de cyanure, mais a également un impact négatif sur le taux de lixiviation de l'or et les processus ultérieurs de récupération. Par conséquent, l'utilisation de réactifs inhibant la lixiviation du cuivre est essentielle.

Les sels de plomb, tels que le nitrate de plomb, l'acétate de plomb et l'oxyde de plomb, peuvent inhiber efficacement la lixiviation du cuivre en formant des composés insolubles avec les substances soufrées du minerai ou en modifiant les propriétés de surface des minéraux de cuivre. Les agents chélatants comme l'acide citrique peuvent chélater les ions cuivre et autres ions métalliques nocifs, réduisant ainsi leur impact négatif sur le processus de cyanuration. De plus, le contrôle de la concentration en cyanure et l'utilisation du système ammoniac-cyanure peuvent également contribuer à atténuer, dans une certaine mesure, la dissolution du cuivre.

L'efficacité de ces réactifs dépend de divers facteurs. Les propriétés du minerai, notamment le type et la teneur en cuivre, déterminent la réactivité du cuivre dans le minerai et affectent donc la quantité de réactif nécessaire. Les conditions de traitement, telles que la concentration en cyanure, le pH et le temps de lixiviation, ont également un impact significatif sur la performance des réactifs. Par exemple, une concentration en cyanure et un pH appropriés peuvent garantir la stabilité de la solution de cyanure et l'efficacité du réactif, tandis que le temps de lixiviation peut influencer l'effet cumulatif des réactions de lixiviation du cuivre.

Grâce à des études de cas, nous avons pu constater la valeur pratique de ces réactifs. En Afrique du Sud, l'utilisation de nitrate de plomb dans une mine d'or a permis de réduire la consommation de cyanure et d'augmenter le taux de lixiviation de l'or, apportant ainsi des avantages économiques et environnementaux significatifs. En Australie, l'ajout d'acide citrique dans une mine d'or a permis de réduire efficacement la lixiviation du cuivre et la consommation de cyanure tout en augmentant le taux de lixiviation de l'or, ce qui s'est avéré bénéfique tant sur le plan économique qu'environnemental. Dans une mine d'or chinoise, l'utilisation d'un nouvel inhibiteur MZY, associée à des conditions de procédé optimisées, a amélioré l'efficacité de la lixiviation de l'or et réduit le taux de lixiviation du cuivre, obtenant ainsi de bons résultats économiques et environnementaux.

En général, lors de la cyanuration des minerais d'or cuprifères, il est nécessaire d'examiner attentivement les caractéristiques du minerai et les exigences du procédé, ainsi que de sélectionner le réactif et les conditions opératoires appropriés. Les recherches futures pourront se concentrer sur l'exploration de réactifs plus efficaces et plus respectueux de l'environnement, ainsi que sur l'optimisation de la combinaison de réactifs et de paramètres de procédé afin d'obtenir des procédés d'extraction d'or plus efficaces, plus économiques et plus respectueux de l'environnement.