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Novembre 2015
REPUBLIQUE DEMOCRATIQUE DU CONGO
UNIVERSITE DE
LUBUMBASHI
ECOLE SUPERIEURE DES INGENIEURS
INDUSTRIELS
Département de génie chimique et
matériaux
« ETUDE DU RECYCLAGE D'EAU
RESIDUAIRE
DANS LA FLOTTATION DES MINERAIS
SULFURES DE LUISWISHI AU NCK
»
Par MBAYA SHIKIKA Alid'or
Travail présenté et défendu en vue de
l'obtention du grade de bachelier en sciences de l'ingénieur.
Directeur : Pr.Dr.Ir. Michel SHENGO
II
Dédicace
A vous, Ledoux Lenduka et Claudine Ndaya,
J'avais à peine cinq ans que vous receviez
déjà des notes avec ces mots (Chers Parents) pour faire appel
à vos énergies financières, temporelles et intemporelles,
et à aucun cas vous n'avez renoncé à vos
responsabilités. Merci d'avoir toujours donné de ce que vous
êtes afin que je sois qui je suis. La formation pour laquelle vous avez
tant investi a donné ses fruits. Sur le plan matériel, je n'ai ni
or ni argent qui couvriront tous vos biens faits et hauts faits, de ma part je
prie la source éternelle qu'elle fasse de vos jours heureux sur terre
enfin que vous goutiez à la source pour laquelle vous avez tant
investi.
Votre fils, Alidor shikika.
III
Remerciements
Cette oeuvre scientifique que nous venons de réaliser
n'est exclusivement pas le fruit de nos efforts personnels, Plusieurs personnes
nous ont transmis une part de leur énergie afin de nous permettre de
compléter cette étude. Sans leurs idées, leur
écoute et leur support, notre tâche aurait été plus
difficile. Nous tenons donc à remercier les personnes suivantes pour qui
nous vouons une grande considération.
Que celui qui veux jeter des fleurs à ce mémoire
les destine en premier lieu au Pr.Dr.Ir Michel SHENGO pour la
direction de ce travail, qu'il trouve à travers cette expression ; notre
profonde gratitude.
Nos remerciements s'adressent en plus à nos
géniteurs : Papa Ledoux LENDUKA et Maman
Claudine NDAYA, pour leur soutien inconditionné dans
tous les domaines sans exception aucune... nul n'aurait pu faire mieux
qu'eux.
En outre nous pensons à nos frères et soeurs :
Lydia Tshibola, Emily Lubuya, Marcel
Ngandu, Giselle Ntumba, Joel
Nshindi, Tresor Kamanyola, Nel's
Eloi, Nelly Mwenyi.A ceux dont l'avenir est long, que
cette oeuvre vous incite à faire mieux dans vos études.
Nous pensons à nos cousins et cousines :
Christian kalambayi, Sarah Tshibola,
paradiah Mbeya, christelle Mwenyi. Qu'ils trouvent ici
l'expression de notre attachement distingué.
Nos gratitudes s'adressent aussi à tous nos oncles et
tantes et très particulièrement au couple Tété
Mulanga et Célestin pour leurs encouragements, conseils et prière
qui nous ont conduits à l'élaboration de cette oeuvre.
A mes très chers Moise Mudingila et
Abel Beya, jamais vous avez cherché à
m'égarer de la bonne voie et surtout vos conseils et encouragements font
de moi aujourd'hui un ingénieur.
Nous pensons à tous ceux qui nous cherient
malgré nous : Diane Kyulu, Julie
Nkulu, Claude Bauma, Roddy Kiwele. Votre amour et
assistance morale nous ont permis de franchir certaines étapes de la vie
et d'atteindre ce moment fort et inoubliable.
Nous pensons à nos collègues et martyrs de lutte
: nous citons Landry Nkashama, Fiston Angali, Bernis
Baruani, Telly Telliace. Pour tous les moments de
joie et de tristesse consentis le long de notre parcours académique et
surtout les discussions scientifiques entreprises pour l'élaboration de
ce travail.
Nous pensons en plus à Maman Generose Nkulu pour tous
les conseils nous adressés lors de notre inscription dans
l'établissement.
Que tous ceux dont les noms ne sont pas repris dans cette
oeuvre trouvent à travers elle l'expression de notre haute
considération car la place qu'ils occupent dans notre coeur est si
grande que celle qu'ils occuperaient dans ce travail.
A tous nous disons merci ! Alidor Shikika
IV
Résumé
La présente recherche s'intéresse à
l'amélioration de la gestion des effluents liquides de la flottation des
minerais du cuivre du Katanga et suggère le recyclage comme
stratégie permettant la protection de l'environnement, la gestion
durable des ressources hydriques et de l'économie des réactifs de
flottation. Il se fixe pour objectif de déterminer le taux de recyclage
optimal de l'eau résiduaire et d'optimiser la consommation de
réactifs pendant la flottation des minerais sulfurés
cuprocobaltifères du remblai 337SE01 de la mine de Luiswishi.
Les minerais étudiés ont été
flottés à l'aide du KAX comme collecteur et NaHS comme agent
sulfurant en utilisant l'eau résiduaire issue de la décantation
du concentré industriel final du Nouveau Concentrateur de Kipushi (NCK)
avec réplication au laboratoire des conditions de flottation
industrielles. L'approche méthodologique adoptée comprend :
? La caractérisation chimique, minéralogique et
granulochimique des minerais concernés ainsi que l'étude de la
broyabilité, la caractérisation physicochimique de l'eau
d'alimentation du NCK et de l'eau résiduaire extraite de l'over flow de
la décantation du concentré industriel ;
? La flottation des minerais dans les conditions de
référence avec variation concomitante de la proportion d'eau
recyclée dans l'alimentation et des doses du sulfurant (NaHS) et du
collecteur (KAX).
L'évaluation des performances de la flottation des
minerais étudiés a été faite sur base du
critère fixé par l'industriel, c'est-à-dire obtenir un
concentré titrant au moins 2% Co avec un rendement de
récupération supérieur à 80%.
A l'issue des tests de flottation, les résultats
obtenus ont montré qu'il est possible de recycler intégralement
dans l'alimentation de la flottation du minerai étudié l'eau
résiduaire concernée tout en réduisant de 50% la
consommation des réactifs et obtenir un concentré ayant les
caractéristiques similaires à celles du concentré fourni
par la flottation des minerais étudiés sans recyclage de
l'eau.
V
Table des matières
Dédicace I
Remerciements III
Résumé IV
Table des matières V
Liste d'abréviations et symboles utilisés VII
Liste des figures VIII
Liste des tableaux IX
Introduction 1
PREMIERE PARTIE : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE 3
CHAPITRE 1 : APERCU SUR LE NOUVEAU CONCENTRATEUR DE KIPUSHI 4
1.1. Historique sur l'exploitation du gisement de Luiswishi 4
1.2. Aperçu sur la géologie du gisement de
Luiswishi 5
1.3. Localisation du Nouveau Concentrateur de Kipushi et
description de son procédé 5
CHAPITRE 2 : GENERALITES SUR LA FLOTTATION 9
2.1. Définition de la flottation 9
2.2. Réactifs de flottation 10
2.2.1. Collecteurs 10
2.2.2. Moussants 13
2.2.3. Activants 13
2.2.4. Déprimants 14
2.2.5. Régulateurs de pH 14
2.3. Paramètres de flottation 14
2.4. Critère d'évaluation des résultats
d'une opération de flottation 15
2.4.1. Rendement de récupération du métal de
valeur 15
2.4.2. Taux de concentration du métal de valeur 15
2.4.3. Rendement pondéral du concentré 16
CHAPITRE 3 : RECYCLAGE DE L'EAU RESIDUAIRE DANS LA
FLOTTAION DES MINERAIS
17
3.1. Recyclage interne et externe de l'eau résiduaire en
flottation des minerais 17
3.2. Recyclage de l'eau dans la flottation des minerais
cuprocobaltifères du Katanga 18
DEUXIEME PARTIE : PARTIE EXPERIMENTALE 21
CHAPITRE 4 : MATERIELS ET METHODES 22
4.1. Matériel 22
VI
4.1.1. Eau résiduaire et eau d'alimentation du NCK 22
4.1.2. Minerai 22
4.2. Procédures d'échantillonnage 22
4.2.1. Echantillonnage de l'eau d'alimentation et de l'eau
résiduaire du NCK 22
4.2.2. Echantillonnage et préparation du minerai 23
4.3. Procédures de préparation et d'analyse des
échantillons 23
4.3.1. Caractérisation physicochimique de l'eau 23
4.3.2. Caractérisation du minerai 27
4.4. Procédures d'expérimentation 29
4.4.1. Flottation du minerai dans les conditions de
référence 29
4.4.2. Flottation avec recyclage de l'eau résiduaire 31
CHAPITRE 5 : PRESENTATION ET INTERPRETATION DES RESULTATS 33
5.1. Résultats de la caractérisation du minerai
sulfuré Cu-Co du remblai 337SE01 33
5.1.1. Résultats de l'analyse chimique du minerai 33
5.1.2. Résultats de l'analyse minéralogique du
minerai 34
5.1.3. Résultats de l'étude de broyabilité
du minerai 34
5.1.3. Résultats de l'analyse granulométrique du
minerai 35
5.1.4. Résultats de l'analyse granulochimique du minerai
35
5.2. Résultats de la caractérisation
physicochimique de l'eau d'alimentation et de l'eau résiduaire 36
5.3. Résultats du recyclage de l'eau résiduaire
dans la flottation du minerai 38
5.3.1. Résultat de la détermination de la
proportion optimale d'eau résiduaire recyclable 38
5.3.2. Résultat de l'optimisation du dosage des
réactifs pendant le recyclage de l'eau résiduaire
40
Conclusion 45
Références bibliographiques 47
VII
Liste d'abréviations et symboles
utilisés
°C : degré Celsius
°F : degré français
337SE01:indexation du remblai sud est
a:teneur de l'utile dans l'alimentation
A:poids de l'alimentation
AML: association momentanée de
Luiswishi
c: teneur de l'utile dans le
concentré
C:pois du concentré
C1: concentré 1
:concentré 2
C3: concentré 3
C4:concentré 4
C5 : concentré 5
CG: concentré gangue
CMSK: compagnie minière du sud
Katanga
CRM: contrôle et recherche
métallurgique
DF: down froth
EDTA : acide
éthylène-diamino-tétra
acétique
EMT: étude métallurgique
ICP : inducted coupled plasma
KAX: amylxanthate de potassium
NaHS: sulfhydrate de sodium
NCK: nouveau concentrateur de Kipushi
NET: noir eriochrome
OF: over flow
PA: pureté analytique
pH: potentiel d'hydrogène
R:pois du rejet
r:teneur de l'utile dans le rejet
RDC: république démocratique du
Congo
rpm: rotation par minute
UF: Under flow
ð:rendement poids au concentré
ñ:rendement métal au
concentré
ô:taux de concentration
VIII
Liste des figures
Figure 1- Exploitation du gisement de Luiswishi 4
Figure 2 - Location du Nouveau Concentrateur de Kipushi 6
Figure 3- Flowsheet du NCK 8
Figure 4- Fixation des particules hydrophobe aux bulles d'air
9
Figure 5-Mode d'action d'un collecteur 10
Figure 6- Classification des collecteurs utilisés dans la
flottation des minerais Erreur ! Signet non
défini.
Figure 7- Mode d'action d'un moussant 13
Figure 8 - Points de consommation d'eau pendant le traitement des
minerais sulfurés 17
Figure 9- Flowsheet pour la flottation du minerai sulfuré
cuprocobaltifère de Luiswishi 29
Figure 10- Courbe de broyabilité du minerai 34
Figure 11- Influence de la proportion d'eau recyclée sur
la sélectivité du cuivre pour un dosage des
réactifs à 100% 39
Figure 12- Influence de la
proportion d'eau recyclée sur la sélectivité du cobalt
pour un dosage des
réactifs à 100% 39
Figure 13- Influence de la
proportion d'eau recyclée sur la sélectivité du cuivre
à un dosage des
réactifs réduit à 75% 41
Figure 14-
Influence de la proportion d'eau recyclée sur la
sélectivité du cobalt à un dosage des
réactifs réduit à 75% 41
Figure 15-
Influence de la proportion d'eau recyclée sur la
sélectivité du cuivre à un dosage des
réactifs réduit à 50% 43
Figure 16-
Influence de la proportion d'eau recyclée sur la
sélectivité du cobalt à un dosage des
réactifs réduit à 50% 43
IX
Liste des tableaux
Tableau 1- Pratiques de gestion de l'eau résiduaire de la
flottation des minerais au Katanga 18
Tableau 2-Régime des réactifs utilise pendant la
flottation dans les conditions de référence 30
Tableau 3- Variation du dosage des réactions de flottation
32
Tableau 4-Proportion de l'eau résiduaire recyclée
dans l'alimentation 32
Tableau 5- composition chimique du minerai sulfuré
cuprocobaltifère du remblai 337SE01 33
Tableau 6-Caractéristiques granulométriques du
minerai 35
Tableau 7- Caractéristiques granulochimiques du minerai
36
Tableau 8- Caractéristiques physicochimiques de l'eau
d'alimentation et de l'eau résiduaire du NCK36 Tableau 9- Rendement de
récupération et teneur en cuivre et cobalt en fonction de la
proportion de
l'eau résiduaire introduite dans l'alimentation
38
Tableau 10- Rendement de récupération et teneur en cuivre
et cobalt en fonction de la proportion de
l'eau recyclée avec un dosage des réactifs a 75%
40
Tableau 11- Rendement de récupération et teneur en cuivre
et cobalt en fonction de la proportion de
l'eau recyclée avec un dosage des réactifs a 50%
42
1
Introduction
Le concentrateur de Kipushi est un complexe industriel de
production des concentrés cuprocobaltifères par la flottation des
minerais. Ce procédé de traitement des minerais exige
l'utilisation d'importantes quantités d'eaux de qualité
permettant la mise en pulpe des minerais et leur transport, etc. Ces multiples
usages de l'eau au concentrateur conduisent à la production d'eaux
usées sous forme des effluents liquides. Bien que le législateur
congolais a su intégré dans la loi minière de son pays la
préoccupation environnementale (Journal officiel de la RDC, 2003,
Lutandula et Kalenga, 2014), les effluents liquides continuent à
être déversés dans les cours et ce, sans traitement
préalable. Ce déversement est susceptible de conduire à la
pollution des eaux réceptrices et va à l'encontre des bonnes
pratiques de gestion d'eaux usées industrielles.
Différentes recherches antérieures à la
nôtre ont suggéré le recyclage de l'eau résiduaire
parmi les stratégies d'amélioration de la gestion des effluents
liquides de la flottation des minerais réalisée au NCK.
Cependant, des perturbations ont été observées sur la
récupération du cuivre et du cobalt suite à l'introduction
d'une grande proportion de l'eau recyclée dans l'alimentation. Par
conséquent, un de recyclage plus petit de 20% a été
suggéré afin de ne pas déranger la marche de la flottation
des minerais et respecter le critère de performance de l'industriel,
c'est-à-dire obtenir un concentré ayant une teneur en cobalt
équivalent au double de celle d'alimentation et un rendement de
récupération d'au moins 80%.
Le présent travail s'intéresse également
à l'amélioration de la gestion des effluents de la flottation des
minerais. Il se fixe pour objectif de déterminer le taux de recyclage de
l'eau et d'optimiser la consommation des réactifs pendant la flottation
des minerais sulfurés cuprocobaltifères du remblai 337SE01 de la
mine de Luiswishi. La démarche méthodologique adoptée
comprend :
? La caractérisation chimique et granulochimique
des minerais à l'étude ainsi que l'étude de la
broyabilité, la caractérisation physicochimique de l'eau
d'alimentation du NCK et l'over flow de la décantation ;
2
? La flottation des minerais dans les conditions de
référence, la variation concomitante de la proportion d'eau
recyclée dans l'alimentation et des doses du sulfurant (NaHS) et du
collecteur (KAX).
Les optima de différents paramètres
étudiés ont été déterminés sur base
des critères de performance fixés par l'industriel
évoqué, ci haut.
Outre l'introduction et la conclusion, le présent
travail comprend :
? Une revue bibliographique qui traite d'un aperçu sur
le NCK, des généralités sur la flottation et le recyclage
de l'eau résiduaire ;
? La présentation et discussion des résultats
des essais de recyclage de l'eau dans la flottation des minerais à
l'étude ;
? Les protocoles expérimentaux.
3
PREMIERE PARTIE : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
C'est à partir de 1997 que l'exploitation du gisement
de Luiswishi a été reprise par l'Association Momentanée de
Luiswishi (AML) avec une approche doublement novatrice.
4
CHAPITRE 1 : APERCU SUR LE NOUVEAU CONCENTRATEUR DE
KIPUSHI
Ce chapitre est consacré à l'historique sur
l'exploitation du gisement de Luiswishi et un aperçu sur sa
géologie, la localisation du Nouveau Concentrateur de Kipushi (NCK)
ainsi que la description de son procédé de flottation.
1.1. Historique sur l'exploitation du gisement de
Luiswishi
Le gisement de Luiswishi se situe au Nord-ouest de la ville de
Lubumbashi, sur la route nationale n°1 et aux environs du village Kawama
(Katwika, 2012). Ce gisement renferme des minerais cuprocobaltifères
(Figure 1).
Figure 1- Exploitation du gisement de
Luiswishi
Les travaux de prospection du gisement de Luiswishi (figure 1)
avaient été lancés en 1907 avant d'être poursuivis
par intermittence jusqu'en 1948 et entre 1980 et 1983. Sa première
exploitation minière remonte à 1922 et était
limitée à l'extraction des minerais riche en cuivre avant sa
poursuite jusqu'en 1930. Par la suite, l'exploitation du gisement se faisait
alternativement de 1936 à 1939, de 1941 à 1944 et enfin, de 1945
à 1956. De 1956 à 1962, le gisement n'avait connu que des travaux
de reprise des stocks des minerais entreposés à cause des
difficultés rencontrées pendant leur traitement et le
problème de coût.
5
En effet, elle était la matérialisation d'un
premier partenariat entre l'Etat et le secteur privé,
représentés respectivement par la Gécamines et
l'Entreprise Générale Malta Forrest pour l'exploitation d'une
mine congolaise d'une part et d'autre part, l'objectif était la
production de cobalt (Munyololo, 2008).
1.2. Aperçu sur la géologie du gisement
de Luiswishi
Les réserves du gisement de Luiswishi ont
été estimées en 2007 entre 7,5 et 8 millions de tonnes des
minerais titrant en moyenne environ 2,8% Cu et 1,0% Co (Munyololo, 2008). Le
contexte géologique général situe ce gisement
cuprocobaltifère dans la province métallogénique du
CopperBelt située à la frontière
congolo-zambienne où se situe l'alignement des différents
gisements sur une longueur d'environ 700 Km.
Le gisement de Luiswishi s'étend en longueur sur
environ 1300 mètres, en largeur sur plus ou moins 400 mètres, en
profondeur sur environ 100 mètres et est entouré de
brèches. (Katwika, 2012). Sa minéralisation primaire est
constituée essentiellement de la chalcopyrite (CuFeS2) et de carrollite
(CuCo2S4) disséminées. A ces deux minéraux sont
associés d'autres sulfures notamment la pyrite et la bornite. Quant
à la minéralisation secondaire formant la zone
altérée du gisement, elle est constituée principalement de
la malachite, de la pseudomalachite et de l'hétérogénite.
Dans cette zone du gisement, la gangue des minerais est essentiellement
siliceuse.
1.3. Localisation du Nouveau Concentrateur de Kipushi
et description de
son procédé
Le Nouveau Concentrateur de Kipushi (NCK) est situé
à environ 30 km de la ville de Lubumbashi dans l'enceinte du puits 5 de
la mine souterraine de Kipushi (Figure 2). L'objectif de production de
concentrés est fixé à 45.000 tonnes sèches de
concentrés par mois à 8% cobalt et 15 à 20% cuivre.
6
Figure 2 - Localisation du Nouveau Concentrateur de
Kipushi
Les minerais cuprocobaltifères traités au NCK
sont transportés par camions bennes de la mine de Luiswishi. Ils sont
entreposés sous forme des remblais que l'on mélange afin de
préparer une alimentation adaptée au procédé de
flottation utilisé. L'alimentation des minerais s'effectue à
travers quatre trémies réceptrices placées chacune sur un
«ampitrol» qui le déverse sur une bande transporteuse
à débit bien contrôlé menant à la goulotte du
broyeur autogène (cascade Mill).
Un premier appoint d'eauest fait au broyeur avec apport du
premier réactif de flottation : le silicate de sodium. L'eau de broyage
provient de la mine et du lac Kamarenge avec un débit d'environ 80
m3/h. La pulpe sortant du broyeur est pompée vers une
batterie d' hydrocyclones dont l'over flow constitue l'alimentation de la
section de pré-flottation des minerais avec apport du moussant. Quant
à l'Under flow du cyclonage envoyé au rebroyage à environ
70% dans deux broyeurs de marque Tube Millet le reste (30%) dans le
Cascade-Mill.
7
La pré-flottation a pour objectif d'éliminer le
graphite et le talc qui sont des éléments gênants
accompagnant les minerais cuprocobaltifères. Le seul réactif
ajouté à ce niveau est le moussant Dowfroth (DP 200). La
flottation des minerais proprement dite comprend les étapes
décrites à l'aide du flowsheet de la figure 3, ci-dessous :
Figure 3- Flowsheet du NCK
8
9
CHAPITRE 2 : GENERALITES SUR LA FLOTTATION
Ce chapitre s'attarde sur la définition de la
flottation des minerais ainsi que la description sommaire des réactifs
et des paramètres qui l'influencent. Il se termine par les
critères d'évaluation des résultats d'une opération
de flottation des minerais.
2.1. Définition de la flottation
La flottation est un procédé physicochimique de
séparation des matières solides en pulpe. Elle consiste à
former avec certains minéraux un complexe plus léger que
l'ensemble restant qui peut flotter et être facilement
séparé des autres. Ce procédé permet de concentrer
les minéraux valorisables en les séparant de la gangue,
c'est-à-dire en réunissant les trois conditions essentielles
suivantes (Gosselin, 1999) :
? Obtention des bulles d'air stables pouvant former une
mousse ;
? Adhésion des minéraux à flotter aux
bulles d'air formées ;
? Non-adhésion aux bulles de particules que l'on ne
veut pas flotter ainsi que leur mouillage par l'eau.
La flottation conduit à l'obtention de deux produits
à savoir (figure 4) :
1) le concentré contenant essentiellement la
matière flottée ;
2) le rejet contenant principalement la matière non
flottée.
Figure 4- Fixation des particules hydrophobe aux bulles
d'air
10
2.2. Réactifs de flottation
Pour réaliser la flottation des minerais, il est
nécessaire d'ajouter à la pulpe des réactifs chimiques qui
sont généralement les collecteurs et les moussants. Dans la plus
part des cas, des substances spécifiques sont employées soit pour
empêcher la fixation de collecteurs sur certains minéraux
(réactifs déprimants), soit pour permettre à ceux-ci de
fixer sur un type donné des minéraux (réactifs activant).
Les différents réactifs utilisés dans la flottation des
minerais sont décrits, ci-dessous :
2.2.1. Collecteurs
Les collecteurs sont des substances organiques qui, en
s'absorbant sélectivement sur la surface de certains minéraux,
les rendent hydrophobes (Gosselin, 1999).Ils contiennent un groupe
hydrocarboné non polaire aérophile et un groupe polaire qui se
fixe sur le minéral à collecter (Figure 5).
Figure 5-Mode d'action d'un collecteur
Il existe des collecteurs ioniques et non ioniques. Parmi les
collecteurs ioniques utilisés en flottation, on distingue ceux qui sont
anioniques de ceux qui ne le sont pas. Les collecteurs anioniques se
subdivisent en sous-groupes parmi lesquels on trouve les collecteurs
oxhydriques qui comprennent les carboxylates connus comme les acides gras ou
leurs savons, c'est-à-dire des collecteurs puissants avec une faible
sélectivité. On y trouve aussi les sulfates et les
sulfonâtes qui sont rarement utilisés ainsi que des collecteurs
sulfhydriques. Ces derniers sont des collecteurs puissants et sélectifs
dans la flottation des sulfures de métaux de base ou leurs oxydes
après une activation par la sulfuration.
11
Les collecteurs sulfhydriques les plus utilisés sont
les xanthates et dithiophosphates. Les premiers sont constitués des sels
de sodium ou de potassium de l'acide xanthique et ont la formule chimique
générale suivante (Adams etal.1986) :
Ces collecteurs ont une stabilité excellente pour la
flottation des minerais en milieu neutre ou alcalin. Cette stabilité
diminue sensiblement dans une pulpe acide et spécialement en dessous de
pH égal à 4 (Adams et al. 1986). Parmi les xanthates, le normal
butylxanthate de potassium (PNBX) présente une grande solubilisation
dans l'eau dans un domaine de pH allant de 8 à 13et affiche une
sélectivité élevée comparativement à
l'amylxanthate de potassium (KAX). C'est ainsi que pour renforcer les
propriétés collectrices des xanthates vis-à-vis des
minéraux de cuivre et de cobalt, on ajoute une mixture à base de
gasoil (70-85%) et de tall oïl (15-30%) comme collecteur
secondaire.
En général, les collecteurs sont utilisés
en faibles quantités afin de former une couche adsorbée sur la
surface des particules. En dehors de son impact négatif sur les
coûts opératoires, une augmentation de la concentration tend
à réduire la sélectivité du collecteur avec comme
conséquence la détérioration des performances de la
flottation des minerais (Wills et Napier-Munn, 1979 ; Blazzy, 1977).
Glembotski et al. (1972) ont donné une classification
plus détaillée des collecteurs utilisés dans la flottation
des minerais.
12
13
2.2.2. Moussants
Une des conditions essentielle pour réaliser la
flottation des minerais est l'obtention d'une mousse stable et qui ne
présente pas des pouvoirs collecteurs afin de ne pas perturber la
sélectivité du collecteur. La production de cette mousse implique
l'addition d'un réactif moussant et l'injection des petites bulles d'air
dans la pulpe (Ek et Masson, 1973).
Les moussants les plus communs sont des composés
tensioactifs héteropolaires, c'est-à-dire constitués des
molécules possédant une partie facilement mouillable par l'eau et
une partie hydrophobe qui tend à demeurer hors de l'eau comme
montré à la figure 7, ci-dessous (Gosselin, 1999) :
Figure 7- Mode d'action d'un moussant
2.2.3. Activants
Ces réactifs sont utilisés afin de flotter
sélectivement certains minéraux qui normalement flottent
difficilement ou presque pas en présence uniquement des collecteurs et
des agents moussants. Pour les minéraux oxydés de cuivre et de
cobalt, on utilise comme activants les sulfhydrate de sodium (NaHS).Le sulfure
de sodium, qui est aussi un activant des minéraux oxydés, est
quant à lui de plus en plus abandonné du fait qu'il rend la pulpe
alcaline et déprime également les minéraux à
valoriser s'il est utilisé en grand excès (Adams et al. 1986).
14
2.2.4. Déprimants
La dépression est utilisée pour accroitre la
sélectivité de la flottation des minerais. Différents
déprimants sont utilisés en flottation et leurs actions sont
complexes et variées. Dans la plupart des cas, elles sonttrès peu
comprises et rendent ainsi la dépression plus difficile à
contrôler. Le déprimant le plus utilisé dans la flottation
des minerais oxydés du cuivre est le silicate de
sodium(Na2O.nSiO2).Il déprime le quartz et les silicates,
disperse les boues de la gangue. En effet, la présence des boues
ultrafines peut accidentellement déprimer les minéraux utiles.
Utilisé à des doses excessives, le silicate de sodium
réduit la sélectivité de la flottation en déprimant
les minéraux utiles.
2.2.5. Régulateurs de pH
Ces réactifs permettent d'ajuster l'alcalinité
ou l'acidité de la pulpe. Dans la plus part des opérations de la
flottation, les minerais sont traités en milieu alcalin ou neutre. Il
est donc nécessaire de contrôler et d'ajuster le pH de la pulpe
à l'aide des régulateurs afin de créer les conditions
favorisant l'action de chacun des réactifs de flottation.
Les réactifs communément employés comme
régulateurs du pH sont la chaux et le carbonate de soude. Parfois, la
soude caustique est utilisée pour l'élever le pH et l'acide
sulfurique et l'acide sulfureux pour l'abaisser.
2.3. Paramètres de flottation
Le nombre des variables qui interviennent dans le processus
physicochimique est très grand (Ek et Masson, 1973).Ces variables ou
paramètres peuvent être classées en trois groupes important
à savoir :
? Les paramètres chimiques ,
·
? Les paramètres liés à l'appareillage
,
·
? Les paramètres liés à la
préparation de la pulpe.
15
Les paramètres suivants affectent les plus la flottation
(Glembotski et al. 1972) :
? La dose des réactifs et leur nature
,
·
? La granulométrie du minerai à flotter
,
· ? Le temps de flottation ,
·
? Le nombre d'étapes de flottation.
2.4. Critère d'évaluation des
résultats d'une opération de flottation
Pour évaluer les résultats d'une opération
de flottation, on se base sur les critères
suivants :
2.4.1. Rendement de récupération du
métal de valeur
Il représente le rapport exprimé en pourcentage
du poids de métal contenu dans le concentré à son poids
dans l'alimentation. Pour une opération de flottation réussie, ce
rendement de récupération (ñ) doit être le plus
élevé possible afin de minimiser les pertes de métal dans
les rejets et obtenir une grande récupération.
Sachant que A est le tonnage sec de
l'alimentation d'une opération de flottation simple, C le tonnage sec du
concentré, R le tonnage du rejet sec et
a, c et r la teneur du
métal de valeur respectivement dans l'alimentation, le concentré
et le rejet de flottation, Le rendement de récupération ñ
du métal est donné par la relation, ci-dessous :
Cc
?? = A??
c(a-r)
100= ??(??-??)100 (1)
2.4.2. Taux de concentration du métal de valeur
C'est le rapport de la teneur du métal dans le
concentré sur sa teneur dans l'alimentation. Etant donné que l'on
cherche toujours à obtenir un concentré avec une teneur aussi
élevée que possible en métal utile par rapport au minerai,
pour une meilleure séparation de la gangue des minéraux utiles ,
le taux de concentration (ô) doit être plus élevé que
possible. Pour un même rendement de récupération de
métal et pour des coûts de même ordre, le choix entre deux
opérations de flottation se fera en privilégiant celui qui
fournit un taux de concentration élevé. Le taux du
concentré du métal ô est donné par :
16
2.4.3. Rendement pondéral du concentré
Il représente le rapport exprimé en pourcentage
du poids du concentré au poids de l'alimentation. Le rendement
pondéral(ð) doit être le plus élevé possible
afin de minimiser les frais de transport tout en maintenant un rendement de
récupération élevé. En effet, contrairement aux
usines de concentration qui sont proches des sites d'extraction minière,
la plupart d'usines hydro métallurgiques sont situées loin des
usines de concentration.
Le rendement pondéral ð du concentré est
donné par :
|
?? =
|
C A
|
a-r
100=
c-??
|
(3)
|
17
CHAPITRE 3 : RECYCLAGE DE L'EAU RESIDUAIRE DANS LA
FLOTTAION DES MINERAIS
Ce chapitre traite du recyclage de l'eau résiduaire
dans la flottation des minerais avec une référence
particulière aux travaux déjà réalisés sur
les minerais cuprocobaltifères du gisement de Luiswishi.
3.1. Recyclage interne et externe de l'eau
résiduaire en flottation des
minerais
La flottation des minerais est une des opérations
minéralurgiques consommatrices d'eau. En effet, elle se réalise
dans des pulpes renfermant25-55% des particules solides. Pendant la flottation
des minerais sulfurés du cuivre par exemple, ils sont d'abord soumis
à la fragmentation par concassage laquelle, ne demande que peu d'eau
pour la suppression des poussières et pour le refroidissement. C'est
à l'étape de broyage que l'eau est utilisée en
quantité suffisante pour fragmenter finement les minerais et obtenir la
pulpe à soumettre à la flottation afin de séparer les
minéraux utiles ou les sulfures de la gangue (figure 8).
Figure 8 - Points de consommation d'eau pendant le
traitement des minerais sulfurés
18
La gangue ou le rejet de flottation ainsi que le
concentré sont envoyés dans des décanteurs afin de
séparer les solides de l'eau résiduaire qui peut être
réutilisée à l'étape de broyage des minerais. La
reprise de l'eau du concentré pour sa réutilisation constitue un
recyclage interne contrairement à la récupération
de l'eau du rejet de flottation qui est le recyclage externe.
Le recyclage externe est aussi réalisé lorsqu'on
récupère les eaux usées municipales pour les utiliser,
après un traitement physique, dans d'autres industries peu exigeantes du
point de la qualité de l'eau.
3.2. Recyclage de l'eau dans la flottation des minerais
cuprocobaltifères du
Katanga
Peu d'études antérieures à la nôtre
ont été menées sur le recyclage de l'eau résiduaire
dans la flottation des minerais cuprocobaltifères du Katanga. Elles ont
toutes été réalisées dans le but de contribuer
à l'amélioration de la gestion des effluents liquides de la
flottation des minerais. Les travaux réalisés par Shengo (2013)
constituent le point de départ de plusieurs recherches sur le recyclage
de l'eau résiduaire de la flottation des minerais au Katanga où
son déversement dans les cours d'eau est la pratique de gestion
établie (Shengo et al. 2014).
Tableau 1- Pratiques de gestion de l'eau
résiduaire de la flottation des minerais au
Katanga
|
Concentrator
|
Age
|
State/Category
|
Process water management method
|
|
Boss Mining/CAMEC
|
-
|
Operating /Refurbished
|
DAF for recycling/ to Dikuluwe River
|
|
Ancient Concentrator in Kipushi
|
1935
|
Abandoned /Ancient
|
Release to Kafubu River
|
|
Kolwezi Concentrator
|
1941
|
Operating /Refurbished
|
Release to Kamatete River.
|
|
Kambove Concentrator
|
1963
|
Operating /Ancient
|
Release to Kabambankola River
|
|
Kamoto Concentrator
|
1968
|
Operating /Refurbished
|
To Luilu, Kalemba and Musonoi Rivers
|
|
Musoshi Concentrator
|
1972
|
Abandoned /Ancient
|
Release to Kafubu River
|
|
New Concentrator in Kipushi
|
1994
|
Operating/Refurbished
|
Release to Kafubu River
|
|
Dikulushi Mill Plant
|
2004
|
Operating /New
|
Storage in a lined pond and recycling
|
|
MMG Kinsevere HMS - plant
|
2006
|
Operating/ New
|
Storage in a lined pond and recycling
|
19
En effet, complétant les travaux réalisés
par Shengo (2013) sur la flottation des minerais cuprocobaltifères du
gisement de Luiswishi, MWAMBA (2013) a simulé au laboratoire le
recyclage de l'eau en dopant l'eau d'alimentation avec les espèces ions
observés dans l'eau résiduaire industrielle. Ses travaux lui ont
permis de déterminer les concentrations maximales des ions calcium (60
mg/L), magnésium (50 mg/L) et bicarbonates (100 mg/L) n'affectant pas
les performances de l'ébauchage de la flottation des minerais
oxydés cuprocobaltifères du gisement de Luiswishi.
De son côté, Mbala (2013) a aussi
déterminé les concentrations maximales admissibles des ions
sulfates et chlorures dans l'eau d'alimentation de la flottation des minerais
dans une démarche similaire à Mwamba (2013). Poursuivant les
travaux entrepris par ses prédécesseurs, Umba (2014), est parvenu
à recycler 50% de l'eau résiduaire industrielle dans
l'alimentation de la flottation des minerais cuprocobaltifères mixtes
sulfures-oxydes du gisement de Luiswishi. Les résultats de ces
recherches ont montré la possibilité de recycler une grande
proportion d'eau résiduaire tout en gardant les performances de
l'ébauchage de la flottation des minerais, c'est-à-dire obtenir
un concentré contenant plus de 2% Co avec un rendement de
récupération de 80%.
Dans la même vision que Umba (2014), les travaux de
Muteba (2014) sur le recyclage de l'eau résiduaire ont permis
d'optimiser le dosage des réactifs pendant la flottation des minerais
cuprocobaltifères mixtes oxydes-sulfures du gisement de Luiswishi. Il a
été observé, à l'échelle du laboratoire, la
possibilité de conserver les performances de l'ébauchage de la
flottation des minerais tout en réduisant de 50% la consommation du
sulfurant (NaHS) et du collecteur (KAX) via le recyclage dans l'alimentation
50% de l'eau résiduaire extraite des rejets de la flottation
industrielle.
Contrairement aux travaux antérieurs, axés
principalement sur le recyclage de l'eau résiduaire dans la flottation
des minerais cuprocobaltifères du gisement de Luiswishi, les
récentes recherches menées par Mbaya (2015) ont permis
d'établir des similitudes entre l'eau d'over flow de la
décantation du concentré final industriel et l'eau d'alimentation
du concentrateur de la CMSK du point de vue de la qualité
physicochimique. En outre, elles ont permis un recyclage total de l'eau
résiduaire concernant pendant la flottation complète des minerais
cuprocobaltifères mixtes oxydes-sulfures avec une réduction de
25% la consommation des réactifs (NaHS et KAX).
20
Les différentes études dont les résultats
viennent d'être passés en revue, comme d'ailleurs celles de Shengo
(2013), ont permis une meilleure compréhension des
phénomènes influençant les performances de la flottation
des minerais pendant le recyclage de l'eau résiduaire. Les
résultats obtenus par Mbaya (2015) ont eu le mérite de rencontrer
quelques-unes des préoccupations de Shengo (2013), c'est-à-dire
l'augmentation du taux de recyclage pendant l'ébauchage (> 20%) et le
finissage (> 10%) de la flottation des minerais cuprocobaltifères du
gisement de Luiswishi. De plus, ils ont montré la possibilité
d'économiser les réactifs de flottation comme le
préconisait Shengo (2013).
Le taux de recyclage élevé de l'eau
résiduaire atteint lors des travaux de Mbaya (2015) s'explique du fait
qu'il a utilisé des minerais cuprocobaltifères mixtes
sulfures-oxydes ainsi que l'over flow de la décantation du
concentré industriel final contrairement à Shengo (2013).
La présente étude constitue le prolongement des
recherches entreprises par Shengo (2013) et poursuivies par Mbaya (2015). Elle
se propose de tirer profit des résultats des travaux
précédents avec lesquelles elle se distingue uniquement suite
à l'utilisation des minerais sulfurés du gisement de
Luiswishi.
21
DEUXIEME PARTIE : PARTIE EXPERIMENTALE
22
CHAPITRE 4 : MATERIELS ET METHODES
Ce chapitre est consacré à la description du
matériel, des procédures d'échantillonnage,
d'expérimentation et analytiques utilisés pendant le recyclage de
l'eau résiduaire.
4.1. Matériel
Le matériel utilisé dans ce travail comprend
principalement l'eau résiduaire et le minerai sulfuré
cuprocobaltifère du gisement de Luiswishi. Il comprend également
les réactifs, les solvants, la verrerie, les outils de laboratoire et
les appareils d'analyse. Les composants de ce second groupe du matériel
seront décrits dans les sous sections se rapportant à leur
utilisation.
4.1.1. Eau résiduaire et eau d'alimentation du
NCK
L'eau résiduaire utilisée dans ce travail
provient de l'over flow de la décantation du concentré industriel
final du NCK. Quant à l'eau d'alimentation, il provient du lac Kamarenge
à Kipushi.
4.1.2. Minerai
Le minerai sur lequel a porté la présente
étude provient du remblai 337SE01 de la mine de Luiswishi.
4.2. Procédures d'échantillonnage
L'échantillonnage a été
réalisé à l'aide des procédures différentes
dans les cas de l'eau et du minerai utilisés pendant les tests de
flottation.
4.2.1. Echantillonnage de l'eau d'alimentation et de l'eau
résiduaire du NCK
L'eau du lacKamarenge a été
échantillonnée à plusieurs reprises dans l'enceinte de
l'usine à l'aide d'un sceau en plastique de 15 L afin d'obtenir selon le
besoin journalier un volume de 60 L. Elle a servi de référence
pour la détermination des performances de la flottation du minerai
à l'étude. Quant à l'eau résiduaire, des
prélèvements consécutifs de l'over flow de la
décantation du concentré final de la flottation des minerais au
NCK ont été
23
effectués afin de constituer un volume de 200L dans un
fût en plastique pour sa clarification avant l'utilisation.
4.2.2. Echantillonnage et préparation du minerai
Un premier exhaustif échantillonnage du minerai a
été effectué à l'aide d'une pelleteuse sur le tas
du minerai du remblai indexé stocké dans l'enceinte du
concentrateur. Un deuxième échantillonnage a été
réalisé par quartage après une préparation par
concassage et tamisage afin d'obtenir un minerai concassé (- 2 mm) pour
les tests de recyclage de l'eau résiduaire. Pour cet
échantillonnage le matériel énuméré,
ci-dessous, a été utilisé :
· Une bèche ;
· Un sac porte échantillon ;
· Un concasseur à mâchoires de laboratoire
;
· Un concasseur à cylindres de laboratoire ;
· Un tamis de maille 2 mm ;
· Une balance.
4.3. Procédures de préparation et
d'analyse des échantillons
La préparation des échantillons d'eau
résiduaire formant l'over flow de la décantation du
concentré industriel final a consisté en clarification par
décantation gravitaire avant d'être soumis à la
caractérisation. Quant au minerai, les échantillons ont
été concassés et tamisés afin d'obtenir la
matière (- 2 mm) à soumettre à l'analyse.
4.3.1. Caractérisation physicochimique de l'eau
Deux séries d'analyse de caractérisation ont
été effectuées afin de déterminer la qualité
des échantillons de l'eau d'alimentation et de l'eau résiduaire
utilisées pendant la flottation du minerai de notre
intérêt.
1°Première série d'analyses de l'eau
d'alimentation et de l'eau résiduaire
La qualité de l'eau a été
déterminée sur base des paramètres, ci-après :
· le pH de l'eau mesuré à l'aide d'un
pH-mètre à l'aide de l'analyseur multi-paramètres Consort
C933 ;
24
· Les concentrations d'ions métalliques (Co, Cu,
Zn, Cd, Fe, Mn, Ni et Pb) déterminées par dosage
spectrophotométrique à l'appareil de marque ANALTIKJENA AA
300;
· la concentration de l'ion sulfate par l'analyse
volumétrique classique. 2° Deuxième série
d'analyses de l'eau d'alimentation et de l'eau résiduaire
Ces analyses ont permis de déterminer la dureté
totale de l'eau par dosage volumétrique de complexation du calcium et du
magnésium avec une solution aqueuse décimolaire
d'éthylène diamine tétraacétique (EDTA) en
présence d'une solution ammoniacale (NH4OH/NH4Cl) et du noir
d'ériochrome(NET) tampon comme indicateur coloré. Elles ont
également permis de déterminer la conductivité
électrique de l'eau à l'aide de l'analyseur
multi-paramètres Consort C933.
Pour la réalisation de différentes analyses
évoquées ci-haut, les appareils, les réactifs suivants ont
été utilisés :
· Deux bouteilles en polyéthylène de 1,5 L
pour les échantillons à analyser ;
· Deux béchers de 250 ml ;
· Deux pipettes de 100 ml
· 4 papiers filtres ;
· Une balance analytique de marque Mettler Toledo;
· Une plaque chauffante ;
· Une étuve de marque Memmert;
· Une éprouvette graduée de 10mL ;
· Deux entonnoirs ;
· Un titrette digitale avec cartouche d'EDTA ;
· Deux creusets en porcelaine.
Pendant la caractérisation des échantillons
d'eau de notre intérêt, les procédures analytiques
décrites, ci-dessous, ont été mises en oeuvre :
a) Détermination du pH
Elle a été réalisée en
procédant comme suit :
· Etalonner le pH-mètre avec des solutions tampon de
pH connus ;
· Plonger l'électrode de mesure dans l'eau
placée dans un bécher de 150 ml ;
25
· Lire la valeur stable qui s'affiche sur l'écran
;
· Rincer l'électrode à l'eau distillée
ou à analyser après chaque mesure. b)
Détermination de la dureté
Pour cette analyse, les solutions à utiliser ont
été préparées comme décrit, ci-dessous :
1) Préparation de la solution d'EDTA
La procédure de préparation comprend les
étapes, ci-après :
· Peser de 3,722g des cristaux du réactif
concerné ;
· Ajouter 0,5g de MgCl2de pureté analytique ;
· Mélanger les produits de la pesée dans un
ballon jaugé de 1L ;
· Ajouter un peu d'eau distillée et procéder
à la dissolution des solides par agitation énergique du ballon
jaugé préalablement muni de son bouchon ;
· Ajouter de l'eau jusqu'au trait de jauge ;
· Homogénéiser par agitation
magnétique la solution obtenue pendant plus au moins trois heures.
2) Préparation de la solution tampon
ammoniacale
Dans ce cas, la procédure de préparation
ci-dessous, a été utilisée :
· Peser 25 g de chlorure d'ammonium PA;
· Prélever 25 ml d'une solution de NH4OH ;
· Mélanger cette solution avec les cristaux de NH4Cl
dans un ballon jaugé de 1 L ;
· Ajouter de l'eau jusqu'au trait de jauge ;
· Homogénéiser la solution obtenue.
3) Préparation de l'indicateur NET
Cette préparation a été
réalisée en procédant comme suit :
· Préparer par 99g de NaCl et y ajouter 1g de NET
;
· Broyer le tout dans un mortier en agate jusqu'à
l'obtention de la poudre ;
4) Détermination proprement dite de la dureté
de l'eau
26
A l'aide des solutions préparées, ci- haut et du
NET, procéder comme suit :
? Prélever 50 ml de l'eau à analyser et les placer
dans un bécher de 500 ml ;
? Ajouter 10 ml de la solution tampon ammoniacale ainsi qu'une
petite quantité de
NET;
? Titrer à l'EDTA jusqu'au changement de la coloration du
rouge violé au bleu clair et
retenir le volume consommé ;
? La fin de la réaction s'observe lorsque l'indicateur
vire du rose au bleu,
? La valeur obtenue multipliée par le titre d'EDTA est la
dureté de l'eau
Sachant que 10mg de CaCO3 ? 1°F (degré
français) 250mg ? 250/10= 25°F
Pendant la deuxième série d'analyse des
échantillons d'eau à l'étude, les concentrations des
métaux présents ont été également
déterminées à l'ICP. Il utilise la
spectrophotométrie d'émission optique et fonctionne avec plasma
à couplage inductif. Il est doté d'un système de
détection à semi-conducteur permettant la réalisation de
l'analyse quantitative et semi-quantitative des liquides.
Pendant l'analyse, l'échantillon liquide est
nébulisé et alimenté sur le plasma à l'état
d'aérosol qui provoque son évaporation (température
élevée).Les molécules du liquide se dissocient en atomes
qui subissent une excitation et partiellement, une ionisation. Les atomes
excités et les ions émettent des radiations
caractéristiques à l'élément à analyser. Ce
dernier est conduit dans le système optique via un système de
transfert. Dans le système optique, le rayonnement émis est
décomposé suivant son spectre. L'intensité est
mesurée à l'aide des détecteurs à semi-conducteur.
Une fois les signaux de mesure traités par l'appareil, les
intensités mesurées des différents éléments
sont évalués à l'aide du logiciel SMART Analyzer.
Les méthodes d'analyse sont créées avant
la mesure et des fonctions de calibrage pour chaque élément
à déterminer sont enregistrées. Grâce à ces
méthodes, les concentrations des éléments sont
calculées à partir des intensités mesurées et
s'affichent sur l'écran ou simplement envoyées à
l'impression.
27
4.3.2. Caractérisation du minerai
Des échantillons représentatifs ont
été utilisés afin de caractériser le minerai du
point de vue chimique, minéralogique, granulométrique, de la
broyabilité et granulochimique.
a) Analyse chimique du minerai
Elle a consisté en la détermination de sa
composition chimique élémentaire par la spectroscopie de
fluorescence x à l'aide d'un appareil de marque Philips
Minipal. Cette analyse a été complétée par le
dosage par dissolution dans l'acide sulfurique du cuivre et du cobalt à
l'état oxydé et sulfurés ainsi que le dosage
gravimétrique de la silice.
b) Analyse minéralogique
Pour l'analyse minéralogique, un échantillon du
minerai étudié a été envoyé au laboratoire
d'études métallurgiques (EMT) de la Gécamines à
Likasi. Elle a consisté en l'identification sur des lames minces des
minéraux constitutifs du minerai par la microscopie optique à la
lumière polarisée en transmission et en réflexion.
c) Analyse granulométrique
Elle a consisté en un tamisage d'un échantillon
représentatif à l'aide d'une série des tamis à
mailles standardisées (série Tyler) afin de déterminer la
distribution de la taille des particules minérales constitutives. Cette
analyse granulométrique a été réalisée en
procédant comme suit :
? Peser 1020 g du minerai à l'étude et les placer
à l'étuve ;
? Les sécher à 105°C pendant environ 10
minutes et les laisser refroidir ;
? Les tamiser sur la série de tamis des mailles
décroissante : 300-150-75-45 ìm;
? Peser chaque fraction granulométrique ;
? Déterminer la distribution granulométrique des
particules.
d) Etude de la broyabilité
Elle a pour but de déterminer le temps optimal de
broyage du minerai fournissant 25% de refus au tamis de 75ìm,
c'est-à-dire une meilleure libération des minéraux
valorisables pendant la flottation du minerai. Pour cette analyse, le
matériel énuméré, ci-dessous, a été
utilisé :
28
· Un broyeur à boulets avec les
caractéristiques suivantes :
1. Diamètre intérieur : 183 mm
2. Longueur : 285 mm
3. Corps broyant : 7 kg (diamètre de 12,5 à 33
mm).
4. Vitesse de rotation : 123 tr/min.
· Un tamis de 75ìm de la
sérieaméricaine Tyler ;
· Quatre pans ;
· Une balance analytique marque Mettler Toledo;
· Un pot d'un litre de capacité ;
· Une étuve de marque Memmert.
Pour l'étude de broyabilité du minerai, la
procédure décrite, ci-dessous, a été
utilisée :
· Peser 1kg de minerai et 7 kg de boulets, les placer dans
le broyeur ;
· Ajouter 1 litre d'eau dans le broyeur et démarrer
son moteur ;
· Broyer pendant différents temps (10, 20, 30, 40
minutes) en reprenant les étapes précédentes ;
· Faire le tamisage humide du minerai broyé à
l'aide d'un tamis de 75 ìm
· Sécher à l'étuve les refus et les
peser ;
· Tracer la courbe de broyabilité en portant en
abscisse le temps de broyage et en ordonnée la proportion des refus
exprimée en pourcentage pondéral ;
· Choisir le temps de broyage correspondant fournissant 25%
de refus.
e) Analyse granulochimique
Elle a consisté en la détermination de la
répartition du cuivre et du cobalt dans chaque fraction
granulométrique issue du broyage du minerai pendant le temps optimal
déjà déterminé lors de l'analyse
précédente. La procédure d'analyse utilisée est la
suivante :
· Broyer 1000 g de minerai au temps retenu après
l'étude de broyabilité ;
· Faire un tamisage humide de la pulpe obtenue sur un tamis
de 45 ìm;
· Sécher à l'étuve les passant au
tamis de 45 ìm;
29
? Sécher les refus à l'étuve à
105°C et le tamiser sur la série de tamis de 150-7545 ìm;
? Additionner les deux tranches de moins de 45 ìm et
peser chaque fraction obtenue ;
? Faire l'analyse chimique de chaque fraction et
présenter les résultats obtenus dans un tableau selon les
règles d'usage.
4.4. Procédures d'expérimentation
Le recyclage a consisté en une substitution partielle
ou totale de l'eau d'alimentation du NCK par l'eau résiduaire
constituant l'over flow de la décantation du concentré final de
flottation industrielle des minerais sulfurés cuprocobaltifères
du gisement de Luiswishi. Le recyclage de l'eau résiduaire a
été réalisé avec réplication à
l'échelle du laboratoire des conditions de flottation proches de celles
industrielles. Les tests de flottation du minerai sulfuré à
l'étude ont été effectués sur base du flowsheet de
la figure 9.
Figure 9- Flowsheet pour la flottation du minerai
sulfuré cuprocobaltifère de Luiswishi
4.4.1. Flottation du minerai dans les conditions de
référence
La flottation du minerai dans les conditions de
référence a été réalisée à
l'aide de l'eau du lac Kamarenge selon une procédure permettant la
réplication des opérations industrielles au laboratoire de la
Cellule de recherche métallurgique du NCK. A cet effet, le dosage et
mode d'addition des réactifs à la pulpe soumise à la
flottation sont repris dans ce tableau 2, ci-dessous :
30
Tableau 2-Régime des réactifs
utilisés pendant la flottation dans les conditions de
référence
Etape
|
Temps
(min)
|
Réactif de flottation ajouté à la pulpe
(g/t)
D250 à 100% NaHS à 36% KAX à 10%
|
Pré-flottation
|
0,75
|
10
|
0
|
150
|
|
6
|
10
|
648
|
300
|
Ebauchage
|
6
|
0
|
0
|
30
|
|
6
|
0
|
0
|
30
|
Epuisement
|
6
|
10
|
0
|
30
|
|
6
|
0
|
0
|
30
|
Total
|
30,75
|
30
|
648
|
570
|
|
Les réactifs de flottation repris dans le tableau 2, ont
été préparés selon les procédures
décrites, ci-dessous :
1) Le collecteur (KAX à
10%)
· Peser 10 g de KAX et les placer dans une fiole de 100 ml
;
· Y ajouter l'eau distillée jusqu'au trait de jauge
;
· Homogénéiser la solution obtenue.
2) Le sulfurant (NaHS à
36%)
· Peser 36g de NaHS et les placer dans une fiole de 100 ml
;
· Y ajouter de l'eau distillée jusqu'au trait de
jauge ;
· Homogénéiser la solution obtenue.
Quant au D250, il a été fourni par l'industriel
comme une solution avec une pureté de 100%.La flottation du minerai
étudié a été réalisée en
procédant comme suit :
· Placer 1kg de minerai concassé (-2 mm) dans un
broyeur à boulets de laboratoire avec les caractéristiques
déjà définies lors de l'étude de broyabilité
du minerai ;
· Ajouter 1L d'eau du lac Kamarenge ;
· Broyer le mélange du minerai et d'eau du lac
pendant 19 minutes ;
· Diluer la pulpe en ajoutant de l'eau du lac ;
31
· Placer la pulpe dans la cellule montée sur la
machine de flottation de marque Metso Minerals Industries ;
· Placer le rotor dans la pulpe et allumer le moteur
pour sa mise en rotation à 700 rpm;
· Additionner à la pulpe 10gouttes de D250 et
commencer la pré-flottation pendant 45 secondes ;
· Ajouter 3 ml de NaHS à 36%, 0,5 ml de KAX
à 10% et 10 autres gouttes de D250 ;
· Ouvrir le robinet d'admission d'air dans la pulpe et
minéraliser la mousse formée pendant 3minutes ;
· Flotter pendant 6 minutes pour obtenir la fraction du
concentré ébauché C1
· Ajouter à la pulpe soumis à la
flottation 0,5mL de KAX et 10 gouttes de D250et flotter chaque fois pendant 6
minutes (fractions C2 à C5) ;
· Placer à l'étuve à 105°C les
différentes fractions du concentré ;
· Après séchage, peser les
concentrés obtenus et préparer des aliquotes pour le dosage du
cuivre et du cobalt par spectroscopie de fluorescence x ;
· Déterminer les rendements de
récupération du cuivre et cobalt.
4.4.2. Flottation avec recyclage de l'eau
résiduaire
Dans ce cas, la flottation du minerai étudié a
été réalisée en adoptant la même
procédure expérimentale que dans les conditions de
référence (figure 9). Cependant, les doses du NaHS et du KAX et
la proportion de l'eau résiduaire dans l'eau de broyage et de flottation
du minerai ont été variées respectivement de 100 à
50% de leurs valeurs initiales (Tableau 3) et de 20 à 100% (Tableau 4)
afin de déterminer le taux optimal de recyclage et le meilleur dosage
des réactifs.
32
Tableau 3- Variation du dosage des réactifs de
flottation
|
Dosage des réactifs* (%)
|
Etape
|
Temps
(min)
|
Réactif de flottation ajouté à la pulpe
(g/t)
D250 NaHS KAX
à 100% à 36% à 10%
|
|
Pré-flottation
|
0,75
|
10
|
0
|
150
|
|
|
6
|
10
|
648
|
300
|
|
Ebauchage
|
6
|
0
|
0
|
30
|
|
100
|
|
6
|
0
|
0
|
30
|
|
Epuisement
|
6
|
10
|
0
|
30
|
|
|
6
|
0
|
0
|
30
|
|
Total
|
30,75
|
30
|
648
|
420
|
|
Pré-flottation
|
0,75
|
10
|
0
|
113
|
|
Ebauchage
|
6
|
10
|
486
|
198
|
|
|
6
|
0
|
0
|
30
|
|
75
|
|
6
|
0
|
0
|
30
|
|
Epuisement
|
6
|
10
|
0
|
30
|
|
|
6
|
0
|
0
|
30
|
|
Total
|
30,75
|
30
|
486
|
431
|
|
Pré-flottation
|
0,75
|
10
|
0
|
75
|
|
Ebauchage
|
6
|
10
|
324
|
90
|
|
|
6
|
0
|
0
|
30
|
|
50
|
|
6
|
0
|
0
|
30
|
|
Epuisement
|
6
|
10
|
0
|
30
|
|
|
6
|
0
|
0
|
30
|
|
Total
|
30,75
|
30
|
324
|
285
|
*Sulfurant et collecteur
Tableau 4-Proportion de l'eau résiduaire
recyclée dans l'alimentation
|
Test de flottation
|
Proportion volumique dans l'alimentation (%)
Eau du lac Kamarenge Eau résiduaire
|
|
1
|
100
|
0
|
|
2
|
80
|
20
|
|
3
|
60
|
40
|
|
4
|
50
|
50
|
|
5
|
40
|
60
|
|
6
|
20
|
80
|
|
7
|
0
|
100
|
33
CHAPITRE 5 : PRESENTATION ET INTERPRETATION
DES
RESULTATS
Les résultats présentés dans ce chapitre
de notre travail sont premièrement en rapport avec la
caractérisation du point de vue chimique, minéralogique, de la
broyabilité, granulométrique et granulochimique d'un minerai
sulfuré cuprocobaltifère du remblai 337SE01 du gisement de
Luiswishi. Ils sont également en relation avec la caractérisation
physicochimique de l'eau d'alimentation et de l'eau résiduaire du NCK,
la détermination de la proportion optimale de l'eau résiduaire
recyclable pendant la flottation du minerai concerné ainsi que
l'optimisation du dosage du KAX et NaHS. Ces différents résultats
seront interprétés au fur et à mesure de leur
présentation.
5.1. Résultats de la caractérisation du
minerai sulfuré Cu-Co du remblai
337SE01
Les résultats de la caractérisation du minerai
étudié proviennent des différentes analyses
effectuées sur des échantillons représentatifs.
5.1.1. Résultats de l'analyse chimique du
minerai
L'analyse chimique du minerai sulfuré
cuprocobaltifère du remblai 337SE01 a fourni les résultats
consignés dans le tableau 5, ci-dessous.
Tableau 5- composition chimique du minerai
sulfuré cuprocobaltifère du remblai
337SE01
|
Elément ou composé
|
Teneur
|
Elément ou
|
Teneur
|
|
analysé
|
(%)
|
composé analysé
|
(%)
|
|
Cu(total)
|
1,74
|
Ni
|
0,02
|
|
Cu(oxydé)
|
0,37
|
MgO
|
6,32
|
|
Co(total)
|
0,95
|
CaO
|
5,94
|
|
Co(oxydé)
|
0,12
|
Fe2O3
|
1,93
|
|
Zn
|
0,02
|
Al2O3
|
4,11
|
|
Mn
|
0,08
|
SiO2
|
69,9
|
|
S
|
0,30
|
|
|
34
Les résultats obtenus indiquent que le minerai
sulfuré étudié titre 1,74% Cu et 0,95% Co présents
en des proportions significatives (78,7% Cu et 87,36% Co) sous forme sulfures.
Sa gangue est siliceuse et renferme de la dolomie comme en témoigne la
présence d'une proportion d'environ 70% de la silice (%) dans
l'échantillon analysé qui renferme également de la chaux
et de la magnésie. Le soufre révélée par l'analyse
chimique du minerai est une autre preuve de la présence des phases
sulfurées du cuivre et du cobalt dans l'échantillon soumis
à l'analyse.
5.1.2. Résultats de l'analyse minéralogique
du minerai
L'analyse par la microscopie optique d'une section polie de
l'échantillon du minerai à l'étude a
révélé la présence des sulfures primaires notamment
la carrollite [Cu (Co, Ni)2S4] et la chalcopyrite (CuFeS2). Elle
également montré la présence de la malachite
[CuCO3.Cu(OH)2] et de l'hétérogénite [CoO.Co2O3.Cu(OH)2]
qui sont les minéraux d'altération des sulfures primaires du
cuivre et du cobalt. En outre, l'analyse microscopique du minerai a
montré qu'il renferme de la chrysocolle (CuSiO3.2H2O) ainsi qu'une
gangue constituée du quartz (SiO2), de la dolomie [(Ca, Mg) CO3] et de
la limonite.
5.1.3. Résultats de l'étude de
broyabilité du minerai
L'étude de la broyabilité d'un
échantillon du minerai étudié a conduit aux
résultats présentés à la figure 10, ci-dessous :
Figure 10- Courbe de broyabilité du
minerai
35
Le temps de broyage du minerai fournissant une proportion de
25% des particules de taille supérieure à 75ìm est de 19
minutes.
5.1.4. Résultats de l'analyse granulométrique
du minerai
L'analyse granulométrique du minerai broyé
pendant 19 minutes a conduit aux résultats repris dans le tableau 6,
ci-dessous.
Tableau 6-Caractéristiques
granulométriques du minerai
|
Fraction
|
Poids des
|
Refus (%)
|
Refus cumulés
|
Passants cumulés
|
|
(ìm)
|
refus(g)
|
|
(%)
|
(%)
|
|
+300
|
-
|
-
|
-
|
-
|
|
+150
|
29,00
|
3,31
|
3,31
|
96,69
|
|
-150 à +75
|
195,00
|
22,26
|
25,57
|
74,43
|
|
-75 à +45
|
142,00
|
16,21
|
41,78
|
58,22
|
|
-45
|
510,00
|
58,22
|
100,00
|
0,00
|
|
Total
|
876,00
|
100,00
|
|
|
Ces résultats montrent qu'environ 25% de particules du
minerai ont une dimension supérieure à 75um. Plus de la
moitié des particules (58%) ont une dimension inférieure à
45 um. Seule une petite proportion de l'ordre de 3% de l'échantillon est
constituée des particules de taille grossière (> 150 um).
5.1.5. Résultats de l'analyse granulochimique du
minerai
Le tableau 7 présenté, ci-dessous, renseigne sur
les caractéristiques granulochimiques du minerai à
l'étude.
36
Tableau 7- Caractéristiques granulochimiques du
minerai
|
Tranche
|
Poids
(g)
|
Poids
(%)
|
Poids
cumulé
(g)
|
Poids
cumulé
(%)
|
Teneur du
métal utile
(%)
|
Poids du métal
utile
(g)
|
Répartition du
métal utile
(%)
|
|
|
|
|
|
Cu
|
Co
|
Cu
|
Co
|
Cu
|
Co
|
|
+300
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
+150
|
29,00
|
3,31
|
29,00
|
3,31
|
0,87
|
0,31
|
0,25
|
0,09
|
1,33
|
0,86
|
|
+75
|
195,00
|
22,26
|
224,00
|
25,57
|
1,65
|
0,85
|
3,22
|
1,66
|
16,90
|
15,89
|
|
+45
|
142,00
|
16,21
|
366,00
|
41,78
|
2,52
|
1,52
|
3,58
|
2,16
|
18,80
|
20,69
|
|
-45
|
510,00
|
58,22
|
876,00
|
100,00
|
2,35
|
1,28
|
11,99
|
6,53
|
62,97
|
62,57
|
|
Total
|
876,00
|
100,00
|
0,00
|
|
2,17
|
1,19
|
19,03
|
10,43
|
100,00 100,00
|
Il ressort de ce tableau qu'environ 63% du cuivre et 62% du
cobalt se retrouvent dans la fraction de l'échantillon constituée
de fines particules minérales. Si l'on s'intéresse à la
fraction de particules ayant une taille supérieure à 45ìm,
il est aisé de constater qu'elle renferme environ 37% du cuivre et 37%
du cobalt présents dans l'échantillon du minerai analysé.
Dans la fraction du minerai renfermant les particules de dimension
supérieure à 75 um se trouve pratiquement 18% du cuivre et du 17%
du cobalt de l'échantillon du minerai soumis à l'analyse.
5.2. Résultats de la caractérisation
physicochimique de l'eau d'alimentation et de l'eau résiduaire
La caractérisation physicochimique des eaux
concernées a conduit aux résultats présentés dans
le tableau 8.
Tableau 8- Caractéristiques physicochimiques de
l'eau d'alimentation et de l'eau
résiduaire du NCK
Paramètre déterminé Eau du lac Kamarenge Eau
résiduaire
pH 7,33 7,59
Dureté total (°F) 11,50 20,08
Dureté permanente (°F) 0,20 0,44
Dureté temporaire (°F) 11,3 20,36
Conductivité électrique (uS/cm) 438,00 1786,00
Magnésium (mg/L) 9,41 12,92
Calcium (mg/L) 31,00 59,68
Cobalt (mg/L) 0,8 0,03
Cuivre (mg/L) 0,13 0,04
37
|
Zinc (mg/L)
Cadmium (mg/L)
|
0,12
< 0,01
|
0,3
< 0,01
|
|
Fer (mg/l)
|
0,12
|
0,11
|
|
Manganèse (mg/L)
|
0,46
|
0,07
|
|
Nickel (mg/L)
|
0,02
|
0,02
|
|
Plomb (mg/L)
|
< 0,01
|
< 0,01
|
|
Sulfate (mg/L)
|
26,9
|
487,45
|
|
Phosphate (mg/L)
|
4,10
|
220,00
|
|
Silice (mg/L)
|
14,00
|
202,00
|
|
Matières solides (g/L)
|
0,14
|
0,08
|
Ces résultats montrent que l'eau résiduaire
formant l'over flow de la décantation du concentré final de la
flottation des minerais au NCK et l'eau du lac Kamarenge ont des pH proche de
la neutralité. Les eaux concernées sont toutes deux douces avec
des duretés totales inférieures à 12 et 25°F
respectivement.
L'eau résiduaire renferme une grande charge
minérale comme en témoigne sa conductivité
électrique. Elle est quatre fois plus grande comparée à
celle du lac Kamarenge utilisée comme eau d'alimentation de la
flottation des minerais au NCK. On trouve dans l'eau résiduaire une
quantité appréciable d'ions sulfate, phosphate et de la silice
contrairement à l'eau du lac. Les ions sulfates proviennent de
l'oxydation des réactifs de flottation. Les ions des
éléments en trace métallique sont observés à
des concentrations relativement faibles dans les eaux analysées. Quant
à la silice, elle provient principalement des fines particules qui n'ont
pas su décanté pendant la clarification gravitaire de
l'échantillon d'eau résiduaire de notre intérêt.
Globalement, on peut affirmer que les deux types d'eaux
analysées présentent des différences significatives du
point de vue physicochimique et cela peut influencer les performances
métallurgiques de flottation si elles sont utilisées comme eau
d'alimentation seule ou en mélange comme on voudrait le faire dans le
cadre de cette recherche.
38
5.3. Résultats du recyclage de l'eau
résiduaire dans la flottation du minerai
Dans une première série d'essais de flottation
du minerai concerné, le recyclage de l'eau résiduaire a
été effectué avec variation de la proportion d'eau
résiduaire introduite dans l'alimentation. Une deuxième
série d'essais de flottation a été réalisée
avec variation des doses du collecteur (KAX) et du sulfurant (NaHS). Les
résultats obtenus lors de ces différents essais de flottation du
minerai sont présentés, ci-dessous.
5.3.1. Résultat de la détermination de la
proportion optimale d'eau résiduaire recyclable
La variation de la proportion de l'eau résiduaire
introduite dans l'alimentation de la flottation du minerai à
l'étude a permis d'obtenir les résultats présentés
dans le tableau 9, ci-dessous.
Tableau 9- Rendement de récupération et
teneur en cuivre et cobalt en fonction de la
proportion de l'eau résiduaire introduite dans
l'alimentation
Proportion de l'eau résiduaire dans l'alimentation (%)
|
0
|
20
|
40
|
50
|
60
|
80
|
100
|
|
Teneur Cu (%)
|
3,62
|
4,02
|
4,05
|
4,00
|
3,46
|
2,97
|
2,80
|
|
Rendement Cu (%)
|
89,22
|
86,67
|
85,58
|
84,88
|
84
|
82,86
|
82,62
|
|
Teneur Co (%)
|
2,01
|
2,01
|
2,17
|
2,21
|
1,91
|
1,73
|
1,83
|
|
Rendement Co (%)
|
93,16
|
88,43
|
87,11
|
84,88
|
83,84
|
82,86
|
80,46
|
39
Figure 11- Influence de la proportion d'eau
recyclée sur la sélectivité du cuivre pour un
dosage
des réactifs à 100%
Figure 12- Influence de la proportion d'eau
recyclée sur la sélectivité du cobalt pour un
dosage
des réactifs à 100%
Les plus grandes récupérations du cuivre
(86,67%) et du cobalt (88,43%) ont été obtenues en recyclant 20%
de l'eau résiduaire à l'alimentation. Dans ces conditions, le
concentré ébauché obtenu titre 2,01% Co et 4,02 % Cu.
C'est en recyclant totalement l'eau résiduaire (100%) dans
l'alimentation que l'observe les plus faibles récupérations du
cuivre
40
(82,62%) et du cobalt (76,46 %). Le concentré
ébauché obtenu titre environ 2,8% Cu et 1,83% Co. Ce comportement
de la récupération des métaux valorisables est dû
à la variation de la qualité de l'eau d'alimentation,
c'est-à-dire la présence et l'augmentation des concentrations de
chacun des composants chimiques observés pendant la
caractérisation de l'eau résiduaire notamment les ions sulfates
et phosphates ainsi que la silice probablement colloïdale (Tableau 8).
Conformément au critère des performances
adopté par l'industriel, la proportion optimale d'eau résiduaire
recyclable à l'ébauchage est celle de 20%. En effet, elle permet
de récupérer plus de 80% du cobalt dans un concentré
ébauché titrant au moins 2%. C'est la même proportion qu'a
eu à obtenir Shengo (2013) nonobstant le fait que la
récupération du cobalt avoisinait à peine 80%. Si l'on
privilégie uniquement la qualité du concentré
ébauché c'est-à-dire sa teneur en cobalt, le recyclage de
l'eau résiduaire dans l'alimentation peut être poussé
jusqu'à 100%. Cependant, il faut consentir une baisse de la
récupération du cuivre et du cobalt d'environ 8% avec
l'augmentation de la proportion d'eau recyclée dans l'alimentation. D'un
point de vue industriel, cette option n'est pas envisageable étant
donné que pendant l'ébauchage de la flottation des minerais on
s'efforce de récupérer dans le concentré le plus possible
des métaux valorisables à des taux de concentrations
acceptables.
5.3.2. Résultat de l'optimisation du dosage des
réactifs pendant le recyclage de
l'eau résiduaire
La variation de la proportion d'eau résiduaire introduite
dans l'alimentation et la
flottation du minerai sulfuré étudié avec
un dosage du sulfurant et du collecteur (486g/t de NaHS et 325 g/t de KAX)
à 75% de la valeur industrielle a conduit aux résultats
présentés dans le tableau 10 et les figures 13 et 14.
Tableau 10- Rendement de récupération et
teneur en cuivre et cobalt en fonction de la proportion de l'eau
recyclée avec un dosage des réactifs à 75%
Proportion de l'eau résiduaire dans l'alimentation (%)
|
0
|
20
|
40
|
50
|
60
|
80
|
100
|
|
Teneur Cu (%)
|
3,56
|
3,75
|
3,75
|
3,3
|
2,97
|
2,94
|
3,39
|
|
Rendement Cu (%)
|
82,23
|
82,45
|
82,86
|
83,63
|
86,8
|
88,03
|
91,76
|
|
Teneur Co (%)
|
1,73
|
1,71
|
1,73
|
1,92
|
1,82
|
1,97
|
1,86
|
|
Rendement Co (%)
|
75,79
|
76,6
|
87,11
|
80,75
|
83,44
|
85,77
|
92,51
|
41
Figure 13- Influence de la proportion d'eau
recyclée sur la sélectivité du cuivre à
un
dosage des réactifs réduit à 75%
Figure 14- Influence de la proportion d'eau
recyclée sur la sélectivité du cobalt à
un
dosage des réactifs réduit à 75%
En flottant le minerai étudié avec les doses du
NaHS et du KAX réduites à 75% de leurs valeurs industrielles, les
plus grandes récupérations du cuivre (91,76%) et du cobalt
(92,51%) s'obtiennent lorsqu'on recycle dans l'alimentation 100% de l'eau
résiduaire provenant de l'over flow de la décantation du
concentré industriel final produit au NCK. Le concentré
ébauché obtenu titre 3,39% Cu et 1,86% Co (figure 14). Les
caractéristiques de ce
42
concentré sont de loin supérieures à
celles du concentré obtenu en recyclant intégralement l'eau
résiduaire dans l'alimentation avec un dosage des réactifs
à 100%.
Cette amélioration significative des performances de la
flottation du minerai étudié s'explique simplement par le fait
qu'on a évité un surdosage du KAX et NaHS apporté par
l'eau recyclée en réduisant les doses additionnées
à la pulpe. Il y a donc un double avantage de flotter le minerai
étudié dans ces conditions étant donné que le
procédé libérera moins d'eau polluée dans
l'environnement d'une part et d'autre part, que l'industriel fera une
économie substantielle des réactifs et ainsi éviter
l'impact négatif sur le coût opératoire.
Comparés aux meilleurs résultats retenus au
point précédent, c'est-à-dire un recyclage à 20% de
l'eau résiduaire et un dosage à 100% du KAX et du NaHS, le
concentré obtenu accuse un léger recul du point de vue de la
qualité sans s'écarter significativement du critère de
performance fixé par l'industriel. De plus, la baisse consentie du point
de vue de la qualité du concentré est largement compensée
par le gain sur la récupération des métaux
valorisables.
Les plus faibles récupérations du cuivre
(82,23%) et du cobalt (75,79%) observées pendant cette
expérimentation correspondent à une alimentation sans eau
résiduaire. Cela signifie qu'on a simplement sous dosé le KAX et
le NaHS et la réponse du procédé est sans nulle doute la
détérioration de la récupération du cuivre et du
cobalt plus visée à l'étape d'ébauchage de la
flottation du minerai de notre intérêt.
La variation de la proportion d'eau résiduaire
introduite dans l'alimentation et la flottation du minerai sulfuré
étudié avec un dosage du sulfurant et du collecteur à 50%
de la valeur industrielle a conduit aux résultats
présentés dans le tableau 11 et les figures 15 et 16.
Tableau 11- Rendement de récupération et
teneur en cuivre et cobalt en fonction de la
proportion de l'eau recyclée avec un dosage des
réactifs à 50%
Proportion de l'eau résiduaire dans l'alimentation (%)
|
0
|
20
|
40
|
50
|
60
|
80
|
100
|
|
Teneur Cu (%)
|
3,44
|
3,90
|
3,96
|
3,31
|
3,23
|
4,16
|
3,87
|
|
Rendement Cu (%)
|
82,05
|
82,03
|
83,76
|
89,73
|
84,59
|
87,92
|
90,65
|
|
Teneur Co (%)
|
1,59
|
1,84
|
1,99
|
1,83
|
1,80
|
1,92
|
1,82
|
|
Rendement Co (%)
|
73,6
|
76,07
|
77,08
|
86,56
|
89,67
|
89,92
|
92,4
|
43
Figure 15- Influence de la proportion d'eau
recyclée sur la sélectivité du cuivre à
un
dosage des réactifs réduit à 50%
Figure 6- Influence de la proportion d'eau
recyclée sur la sélectivité du cobalt à
un
dosage des réactifs réduit à 50%
Les résultats du tableau 11, mis sous forme graphiques
à l'aide des figures 15 et 16, montrent que les plus grandes
récupérations du cuivre ( 91%) et du cobalt ( 92%) s'obtiennent
en recyclant 100% d'eau résiduaire pendant la flottation du minerai
étudié. Le concentré ébauché obtenu titre
3,97% Cu et 1,87% Co et ses caractéristiques sont aussi meilleures que
celles du concentré obtenu avec le taux de recyclage de l'eau
résiduaire et le
44
dosage des réactifs retenus comme étant les
meilleurs lors de l'expérimentation précédente. De plus,
le concentré obtenu présente des caractéristiques
similaires à celles du concentré fourni par la flottation du
minerai à l'étude sans recyclage de l'eau résiduaire.
Le recyclage de l'eau résiduaire à 100% et un
dosage du KAX et du NaHS à 50% peuvent-être retenue comme les
conditions opératoires permettant une bonne flottation du minerai
sulfuré étudié étant donné que l'on obtient
un concentré ébauché avec les caractéristiques
exigées par l'industriel. De plus, on recycle plus d'eau dans le
procédé avec une économie substantielle des
réactifs ayant un impact significatif sur le coût
opératoire du procédé de flottation utilisé au
NCK.
? Le recyclage de l'eau résiduaire influence
significativement les performances métallurgiques du
procédé de flottation utilisé au concentrateur de Kipushi
;
45
Conclusion
L'objectif de notre travail étant de déterminer
la proportion de l'eau résiduaire recyclable pendant la flottation du
minerai sulfuré cuprocobaltifère du remblai 337SE01 du gisement
de Luiswishi ainsi que le dosage optimal des réactifs, des essais de
flottation ont été réalisés avec variation de la
proportion d'eau résiduaire dans l'alimentation et des doses du
collecteur (KAX) et du sulfurant (NaHS) ajoutées à la pulpe. Le
choix des meilleurs résultats issus de l'expérimentation a
été faite en se servant du critère de performances
défini par l'industriel, c'est-à-dire, obtenir un
concentré ébauché titrant au moins 2% Co avec un rendement
de récupération supérieur à 80%.
Les résultats obtenus à la fin de ce travail
permettent de tirer les conclusions
suivantes :
? Le minerai sulfuré sur lequel a porté
l'étude titre 1,74%Cu et 0,95% Co avec des proportions significatives
(79% Cu et 87% Co) sous forme sulfure accompagné par une gangue
siliceuse (70%SiO2);
? Environ 19% du cuivre et 21% du cobalt sont
distribués dans la fraction la plus fine du minerai concerné,
c'est-à-dire les particules minérales de taille supérieur
à 45um. Le reste de métaux valorisables est porté par les
particules minérales de taille comprise entre75 et 300 um ;
? Le temps optimal de broyage du minerai concerné est de
19 minutes ;
? Il existe une nette différence entre l'eau
d'alimentation de la flottation et celle extraite des rejets du point de vue
l'alcalinité, de la charge minérale et de la composition chimique
;
46
? Il est possible de réaliser une économie de
50% sur la consommation des réactifs tout en recyclant
intégralement dans l'alimentation de la flottation du minerai
étudié l'eau constituant l'over flow de la décantation du
concentré final industriel et obtenir un concentré avec les
caractéristiques similaires à celles du concentré fourni
par la flottation sans recyclage de l'eau ;
? Le recyclage de l'eau résiduaire de la flottation des
minerais réalisé au NCK est donc possible et ce, avec comme
avantage la gestion des ressources hydriques et de l'environnement et de
l'économie des réactifs.
Nous suggérons que les études à venir
s'intéressent au recyclage de l'eau résiduaire en circuit
fermé afin de déterminer l'impact de l'accumulation des
espèces chimiques de l'eau recyclée sur les performances de la
flottation des minerais.
Shengo, L.M., 2013. Etude du recyclage de l'eau
résiduaire dans la flottation des minerais oxydés du gisement de
Luiswishi, Thèse de doctorat en sciences de l'ingénieur,
47
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d'argile, Québec.
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Préparation des minerais, Edition Deroux, Liège.
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Springer-Verlag; p. 245.
Gosselin A., Blackburn D.et Bergeron M., 1999. Protocole
d'évaluation de la traitabilité des sédiments, des sols et
des boues à l'aide des technologies minéralurgiques, Sainte
Fay, Canada.
Katwika, C., 2012.Contribution à
l'amélioration des performances du Nouveau Concentrateur de
Kipushi, Thèse, Université de Mons, Mons, Belgique.
Lutandula, M.S. et Kalenga, N.M., 2014. Perturbations from the
recycled water components on flotation of oxidized ore, the case of bicarbonate
ions, Journal of Environmental Chemical Engineering 2, 190-198.
Mbaya, K.L., 2015. Optimisation du dosage des réactifs
de flottation pendant le recyclage de l'eau résiduaire dans la
flottation des minerais cuprocobaltifère mixte
oxydes/sulfures, cas de la compagnie minière du sud
Katanga, Inédit, Mémoire de fin d'étude,
Département de Chimie, Service de Chimie Inorganique, Faculté des
Sciences, Université de Lubumbashi.
Munyololo, 2008, Newsletter /n°1, Groupe Forrest.
Muteba, T.L. 2014. Optimisation du dosage des réactifs
de flottation pendant le recyclage de l'eau résiduaire dans la
flottation des minerais cuprocobaltifère mixte
oxydes/sulfures, cas de la compagnie minière du sud
Katanga, Inédit, Mémoire de fin d'étude,
Département de Chimie, Service de Chimie Inorganique, Faculté des
Sciences, Université de Lubumbashi.
Mwamba, M.O., 2013. Etablissement du seuil de
tolérance des impuretés dans l'eau d'alimentation pendant la
flottation des minerais oxydés (cas des ions calcium, magnésium
et bicarbonate), inédit, mémoire de fin d'étude,
Département de Chimie, Service de chimie inorganique, Faculté des
Sciences, Université de Lubumbashi.
48
département d'Architecture, géologie,
environnement et construction, Facultés des sciences appliquées,
université de Liège ,Belgique, pp 1-208.
Shengo, L.M., Gaydardzhiev S. et Kalenga, N.M.,
2014.Assessment of water quality effects on flotation of copper-cobalt
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Shengo, L.M., Gaydardzhiev, S. et Kalenga, N.M. 2015.
Effects of process water recycling during flotation of copper and cobalt
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Taylor & Francis Group, Desalination and Water Treatment, pp. 1-17.
Umba, N.G., 2014. Etude du recyclage de l'eau
résiduaire dans la flottation des minerais cuprocobaltifère
mixtes oxyde/sulfure, cas de la compagnie minière du sud Katanga,
inédit, mémoire de fin d'étude, département de
chimie, service de chimie inorganique, Faculté des sciences,
université de Lubumbashi.
Wills, B.A., 1998. Mineral processing technology,
4ème Edition, Ed. oxford.
49
Membres du jury ayant examiné ce
travail:
? Premier lecteur:
KITOBO SAMSONI Willy;
Professeur à la faculté polytechnique,
Directeur de l'école superieure des ingénieurs
industriels.
? Deuxièmes lecteurs
? KANDA Jean Marie;
Professeur à la faculté polytechnique et
Ecole superieure des ingenieurs industriels
? Mwidya Crispin;
Chef des travaux au departement de genie chimique et
matériaux
et secretaire du meme departement
Assistance:
ILUNGA NDALA Augustin; Professeur Ordinaire.
Assemblé des étudiants
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