Principes fondamentaux de la lixiviation par cyanuration de l'or

La cyanuration de l'or, procédé hydrométallurgique fondamental, est la pierre angulaire de l'extraction aurifère depuis plus d'un siècle, depuis sa commercialisation dans les années 1890. Cet article explore les mécanismes chimiques et physiques essentiels à la lixiviation de l'or par cyanuration, offrant une compréhension approfondie de cette technique indispensable à l'industrie minière aurifère.

Réactions chimiques : le cœur de la cyanuration

Le procédé de cyanuration repose sur la réactivité particulière de l'or en présence d' ions cyanure (CN⁻) et d'un oxydant, généralement l'oxygène de l'air. La réaction chimique fondamentale peut être résumée comme suit : quatre moles d'or (Au), réagissant avec huit moles de cyanure de sodium (NaCN), une mole d'oxygène (O₂) de l'air et deux moles d'eau (H₂O), produisent quatre moles de dicyanoaurate(I) de sodium (Na[Au(CN)₂]) et quatre moles d'hydroxyde de sodium (NaOH).

Dans cette réaction, les atomes d'or sont oxydés à l'état d'oxydation +1 et forment des complexes stables de dicyanoaurate(I) [Au(CN)₂]⁻. Les ions cyanure agissent comme agents complexants, stabilisant les ions or en solution, tandis que l'oxygène sert d'accepteur d'électrons, catalysant l'oxydation de l'or. Ce mécanisme de complexation redox permet la dissolution sélective de l'or à partir de ses minerais, même à des concentrations de cyanure relativement faibles (0.01 à 0.1 %).

Processus physiques : transfert de masse et cinétique de lixiviation

Au-delà des réactions chimiques, l'efficacité de la cyanuration de l'or est régie par des processus physiques tels que le transfert de masse et la diffusion. La vitesse globale de lixiviation est influencée par la diffusion des réactifs (cyanure et oxygène) vers la surface de l'or et par la diffusion des complexes de dicyanoaurate formés à partir de cette surface. Selon le modèle du noyau rétrécissant, la lixiviation de l'or se déroule en trois étapes séquentielles :

1. Transfert de masse externe : Le cyanure et l'oxygène diffusent à travers la couche limite entourant la particule d'or.

2. Réaction de surface : L'oxydation et la complexation ont lieu à l'interface or-solution.

3. Diffusion interne : Les complexes or-cyanure formés diffusent hors de la particule. L’étape la plus lente détermine la vitesse de lixiviation globale ; il s’agit souvent du transfert de masse externe ou de la réaction de surface, selon les conditions opératoires.

Facteurs influents sur l'efficacité de la cyanuration

Plusieurs facteurs clés ont un impact significatif sur les performances de la cyanuration de l’or :

• Concentration de cyanure : Une quantité suffisante de cyanure est nécessaire à la formation de complexes stables, mais un excès peut entraîner une augmentation des coûts et des problèmes environnementaux. Les concentrations optimales varient selon les caractéristiques du minerai.

• Disponibilité en oxygène : Un apport suffisant en oxygène est essentiel à la réaction d’oxydation. Des méthodes d’aération, telles que l’agitation mécanique ou le barbotage d’air, sont utilisées pour améliorer le transfert d’oxygène.

• Contrôle du pH : Le procédé est généralement réalisé à un pH élevé (9 à 11) afin de limiter la formation de cyanure d’hydrogène (HCN), un gaz toxique. La chaux est couramment utilisée pour maintenir le pH souhaité.

• Minéralogie du minerai : La présence de sulfures, de matières carbonées et d’autres minéraux peut interférer avec la cyanuration. Par exemple, les sulfures peuvent consommer du cyanure et de l’oxygène, tandis que les matières carbonées peuvent adsorber les complexes or-cyanure, provoquant une « élimination des inclusions ».

Méthodes pour améliorer les performances de cyanuration

Pour améliorer l’efficacité de l’extraction de l’or, diverses techniques d’amélioration sont utilisées :

• Prétraitement : La torréfaction, l'oxydation sous pression ou la bio-oxydation peuvent être appliquées aux minerais réfractaires pour éliminer les minéraux interférents et exposer les surfaces aurifères.

• Additifs : Des composés comme la thiourée ou l'ammoniaque peuvent être ajoutés pour améliorer la vitesse de dissolution ou supprimer les réactions secondaires.

• Conception optimisée des équipements : Les réacteurs de lixiviation avancés dotés de capacités de mélange et de transfert de masse améliorées, tels que les réacteurs à cuve agitée ou les systèmes de lixiviation en tas, peuvent améliorer les performances globales du processus.

En conclusion, la lixiviation par cyanuration de l'or est un procédé complexe mais très efficace qui combine réactions chimiques, transfert de masse physique et contrôle rigoureux de multiples paramètres opérationnels. La compréhension de ces principes fondamentaux est essentielle pour optimiser les procédés d'extraction de l'or, garantir la viabilité économique et minimiser les impacts environnementaux de l'industrie aurifère. Face à la demande croissante d'or, les recherches en cours visent à développer des techniques de cyanuration plus efficaces, durables et respectueuses de l'environnement.