Méthodes de Bénéficiation des Minerais Métalliques : Guide Complet

La bénéficiation des minerais métalliques est une étape cruciale dans l’industrie minière, visant à séparer les minéraux métalliques précieux de la gangue en fonction de leurs différences de propriétés physiques ou chimiques. Les principales méthodes de bénéficiation peuvent être divisées en trois groupes : la bénéficiation physique, la bénéficiation chimique et la bio-bénéficiation. Parmi celles-ci, la bénéficiation physique est la plus largement utilisée en raison de son faible coût et de son caractère respectueux de l’environnement. Le choix d’un procédé de bénéficiation approprié dépend largement des caractéristiques des minéraux métalliques ciblés, telles que le magnétisme, la densité et l’hydrophobicité de surface.

1. Bénéficiation Physique : La Solution Économique pour une Application Industrielle Large

La bénéficiation physique sépare les minéraux sans altérer leur composition chimique, en se basant uniquement sur les différences de propriétés physiques. Cette approche convient à la plupart des minéraux métalliques facilement libérés. Les quatre principales méthodes de bénéficiation physique sont :

1.1 Séparation Magnétique : Récupération Ciblée des Métaux Magnétiques

• Principe de Base : Utilise les différences de magnétisme des minéraux (par exemple, la magnétite est attirée par un champ magnétique, contrairement aux minéraux de gangue) pour séparer les minéraux magnétiques des non-magnétiques.
• Métaux Applicables : Principalement les minéraux de fer, de manganèse et de chrome. Particulièrement efficace pour la magnétite (fortement magnétique) et la pyrrhotite (faiblement magnétique). Également utilisé pour éliminer les impuretés de fer des minéraux non métalliques comme le sable de quartz.
• Applications Clés :
  • Les usines de bénéficiation de minerai de fer utilisent un flux de séparation magnétique comprenant une étape de dégrossissage, de nettoyage et de récupération pour augmenter la teneur en fer de 25-30 % à plus de 65 %.
  • Les minéraux faiblement magnétiques, comme l’hématite, sont d’abord torréfiés pour les convertir en magnétite avant la séparation magnétique.
• Avantages : Faible pollution, faible consommation d’énergie et grande capacité de traitement (un seul séparateur magnétique peut traiter des milliers de tonnes par jour).

1.2 Flottation : Séparation “Hydrophobe-Hydrophile” des Minéraux Précieux Fins

• Principe de Base : Des produits chimiques (collecteurs et moussants) sont ajoutés pour rendre le minéral métallique ciblé hydrophobe. Ces particules s’attachent aux bulles d’air et remontent à la surface sous forme de mousse, tandis que les minéraux non ciblés restent dans la pulpe.
• Métaux Applicables : Cuivre, plomb, zinc, molybdène, or, argent et autres métaux à grains fins (généralement <0,1 mm). Idéal pour séparer les minerais polymétalliques complexes (par exemple, flottation par étapes des minerais cuivre-plomb-zinc).
• Applications Clés :
  • Procédé standard pour le minerai de cuivre : La flottation des sulfures de cuivre améliore le minerai de 0,3-0,5 % de Cu à un concentré de cuivre de 20-25 %.
  • Récupération auxiliaire de l’or : Pour l’or finement disséminé, la flottation le concentre d’abord dans un concentré de sulfure, réduisant la consommation de cyanure lors de la cyanuration ultérieure.
• Avantages : Haute efficacité de séparation (taux de récupération supérieurs à 90 %), efficace pour les minerais polymétalliques complexes.
• Inconvénients : L’utilisation de réactifs chimiques nécessite un traitement des eaux usées.

1.3 Séparation par Gravité : Exploiter les Différences de Densité pour Récupérer les Métaux Lourds Grossiers

• Principe de Base : La séparation par gravité utilise les différences de densité entre les minéraux métalliques lourds et la gangue plus légère dans un champ gravitationnel ou centrifuge.
• Métaux Applicables : Or (placers et particules grossières de filon), tungstène, étain, antimoine, en particulier les particules grossières supérieures à 0,074 mm.
• Applications Clés :
  • L’exploitation de l’or placérien utilise des écluses et des tables vibrantes pour récupérer l’or naturel avec un taux de récupération supérieur à 95 %.
  • Les minerais de tungstène et d’étain subissent une séparation par gravité comme étape de dégrossissage pour éliminer 70-80 % de la gangue à faible densité avant la flottation.
• Avantages : Absence de pollution chimique, coût très bas, équipement simple.
• Inconvénients : Faible récupération pour les particules fines et les minéraux présentant de faibles différences de densité.

1.4 Séparation Électrostatique : Utilisation des Différences de Conductivité pour les Métaux Spéciaux

• Principe de Base : Sépare les minéraux en fonction des différences de conductivité électrique (par exemple, les minéraux métalliques conduisent, les non-métalliques non) dans un champ à haute tension, où les minéraux conducteurs sont attirés ou repoussés par des électrodes.
• Métaux Applicables : Principalement utilisé pour séparer les minéraux de métaux rares comme le titane, le zirconium, le tantale et le niobium, ou pour nettoyer les concentrés (par exemple, éliminer la gangue non conductrice des concentrés de cuivre/plomb/zinc).
• Applications Clés :
  • Séparation du titane des sables de plage : À Hainan, la séparation électrostatique isole l’ilménite conductrice du quartz non conducteur.
  • Purification des concentrés : Élimination du quartz peu conducteur des concentrés de tungstène pour améliorer leur qualité.
• Avantages : Haute précision de séparation, absence de réactifs chimiques.
• Inconvénients : Sensibilité à l’humidité (nécessite un séchage), faible débit, généralement utilisé uniquement comme étape de nettoyage.

2. Bénéficiation Chimique : Le “Dernier Recours” pour les Minerais Difficiles

Lorsque les minéraux métalliques sont finement disséminés ou étroitement liés à la gangue (par exemple, minerais oxydés, sulfures complexes), les méthodes physiques peuvent échouer. La bénéficiation chimique décompose les structures minérales pour extraire les métaux, principalement par :

2.1 Lixiviation : “Dissolution et Extraction” des Ions Métalliques

• Principe de Base : Les minerais sont immergés dans des solvants chimiques (solutions acides, alcalines ou salines) pour dissoudre le métal ciblé dans une solution de lixiviation enrichie (PLS), dont le métal est récupéré (par exemple, par précipitation, cémentation ou électroextraction).
• Métaux Applicables : Or (cyanuration), argent, cuivre (lixiviation en tas), nickel, cobalt et autres métaux réfractaires.
• Étude de Cas :
  • Cyanuration de l’Or : Le minerai finement broyé est mélangé à une solution de cyanure ; l’or forme un complexe soluble et est ensuite précipité avec de la poudre de zinc (récupération ≥90 %). La pollution par le cyanure doit être strictement contrôlée.
  • Lixiviation en Tas de Cuivre : Le minerai d’oxyde de cuivre de faible teneur (0,2-0,5 % Cu) est irrigué avec de l’acide sulfurique ; le cuivre se dissout et est récupéré par extraction par solvant et électroextraction (SX-EW) sous forme de cuivre cathodique (économique pour les minerais de faible teneur).

2.2 Procédé Combiné de Torréfaction-Lixiviation

• Principe de Base : Le minerai est d’abord torréfié à hautes températures (300-1000°C) pour modifier sa structure (par exemple, torréfaction oxydante ou réductrice), convertissant les métaux réfractaires en une forme soluble pour une lixiviation ultérieure.
• Métaux Applicables : Sulfures réfractaires (par exemple, sulfure de nickel, sulfure de cuivre) et minerais oxydés (par exemple, hématite).
• Étude de Cas :
  • Torréfaction du Sulfure de Nickel : Convertit le sulfure de nickel en oxyde de nickel, qui est facilement lixivié avec de l’acide sulfurique, évitant les interférences des sulfures.
  • Torréfaction du Minerai d’Or Réfractaire : Pour les minerais contenant de l’arsenic et du carbone, la torréfaction élimine l’arsenic (volatilisé sous forme de As₂O₃) et le carbone (qui peut adsorber l’or), permettant une cyanuration ultérieure.

2.3 Bénéficiation Microbienne : Une Approche Respectueuse de l’Environnement pour les Minerais de Faible Teneur

• Principe : Certains micro-organismes (par exemple, Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans) oxydent métaboliquement les sulfures métalliques en sels métalliques solubles, permettant la récupération des métaux à partir de la solution — également connu sous le nom de bio-lixiviation.
• Métaux Applicables : Cuivre de faible teneur (par exemple, cuivre porphyrique), uranium, nickel, or (comme aide à l’élimination du soufre).
• Avantages : Respectueux de l’environnement (pas de pollution par réactifs chimiques), faible coût (les microbes se reproduisent eux-mêmes), adapté aux minerais avec des teneurs en cuivre aussi faibles que 0,1-0,3 %.
• Inconvénients : Taux de réaction lents (de semaines à mois), sensible à la température et aux conditions environnementales.
• Application Typique : Environ 20 % de la production mondiale de cuivre provient de la bio-lixiviation, comme les grandes opérations de lixiviation en tas au Chili.

3. La Logique en 3 Étapes pour Sélectionner les Méthodes de Bénéficiation

3.1 Analyser les Propriétés des Minéraux :

• Minéraux magnétiques (par exemple, magnétite) → Séparation magnétique
• Particules fines avec des différences d’hydrophobicité (par exemple, minerais de cuivre) → Flottation
• Particules grossières à haute densité (par exemple, or placérien, tungstène) → Séparation par gravité

3.2 Évaluer la Teneur et la Libération du Minerai :

• Minerais grossiers à haute teneur → Séparation par gravité ou magnétique (faible coût)
• Minerais fins à faible teneur → Flottation ou lixiviation (haute récupération)
• Minerais extrêmement réfractaires → Bénéficiation chimique ou microbienne

3.3 Équilibrer les Coûts Économiques et Environnementaux :

• Préférer la bénéficiation physique pour une faible consommation d’énergie et une pollution minimale
• Recourir aux méthodes chimiques ou biologiques uniquement lorsque les méthodes physiques sont inefficaces, en pesant le coût et l’impact environnemental

- END -