Une usine de traitement du minerai d’or par le procédé Carbon-in-Leach (CIL) est une installation de traitement des minerais qui combine la lixiviation de l’or et son adsorption sur charbon actif dans une série de cuves agitées. Ce procédé est largement utilisé pour récupérer l’or à partir de minerais adaptés, en dissolvant l’or dans une solution de cyanure puis en adsorbant l’or dissous sur du charbon actif.
Le principal avantage du procédé CIL est que la lixiviation et l’adsorption se déroulent simultanément dans le même circuit de cuves. Cela réduit le besoin d’une étape distincte d’adsorption sur charbon et peut contribuer à améliorer le taux de récupération de l’or lorsque le procédé est correctement conçu et contrôlé.
Pendant la lixiviation, l’or se dissout dans une solution alcaline de cyanure en présence d’oxygène, formant un complexe soluble or-cyanure. Du charbon actif est ensuite ajouté à la pulpe afin d’adsorber l’or dissous. À mesure que la pulpe traverse la série de cuves, le charbon chargé en or est retenu et progresse à contre-courant vers l’amont du circuit en vue de la récupération ultérieure de l’or.
Une usine CIL typique comprend des systèmes de concassage, de broyage, de préparation de la pulpe, de pré-lixiviation, des cuves CIL, d’élution du charbon, d’électroextraction, de fusion et de traitement des résidus. Chaque étape contribue au taux de récupération global, à la stabilité de fonctionnement et à l’efficacité de la production.
Toutefois, le procédé CIL ne convient pas à tous les gisements aurifères. La minéralogie du minerai, la libération de l’or, la consommation de cyanure, les besoins en oxygène ainsi que la présence de minéraux carbonés ou réfractaires doivent être évalués avant de sélectionner le procédé.
Le procédé CIL de traitement du minerai d’or comprend plusieurs étapes interconnectées, depuis la préparation du minerai tout-venant jusqu’à la production de lingots d’or brut et à la gestion des résidus.
Le minerai d’or tout-venant est d’abord réduit en taille à l’aide d’équipements de concassage. Un circuit de concassage typique peut comprendre un concasseur à mâchoires pour le concassage primaire, suivi d’un concassage par concasseur à cône ou à percussion, selon les besoins.
Le minerai concassé est ensuite envoyé vers un circuit de broyage, généralement composé d’un broyeur à boulets et d’équipements de classification. L’objectif est de libérer les particules d’or des minéraux environnants et d’obtenir une alimentation adaptée à la lixiviation.
La granulométrie cible après broyage peut généralement se situer entre 75 et 150 µm, bien que les exigences réelles dépendent de la taille des particules d’or, de leurs associations minérales et des résultats des essais métallurgiques. Un broyage plus fin peut améliorer la libération de l’or, mais augmente également la consommation d’énergie et peut compliquer les opérations de traitement en aval.
Après le broyage et la classification, le minerai est mélangé à de l’eau pour former une pulpe. Selon la conception du circuit, un épaississeur peut être utilisé pour ajuster la densité de la pulpe et récupérer l’eau de procédé.
L’alimentation des cuves CIL contient généralement entre 40 et 50 % de solides en masse, bien que la densité optimale varie en fonction des caractéristiques du minerai, de la viscosité, de la conception des cuves et des performances de mélange.
Une densité de pulpe stable contribue à maintenir un temps de séjour constant, une distribution homogène des réactifs et des conditions de fonctionnement régulières dans toute l’usine.
Avant d’entrer dans le circuit CIL, la pulpe est conditionnée afin d’établir des conditions chimiques adaptées à la dissolution de l’or.
La chaux ou un autre alcalin approprié est couramment utilisé pour maintenir un pH élevé, généralement compris entre 10 et 11, afin de réduire le risque de formation de cyanure d’hydrogène gazeux hautement toxique. La concentration en cyanure et la disponibilité de l’oxygène doivent être contrôlées en fonction des exigences métallurgiques du minerai et des procédures de sécurité applicables.
Certains minerais peuvent bénéficier de mesures de conditionnement supplémentaires, telles que l’ajout d’oxygène ou un traitement au nitrate de plomb, sous réserve d’essais en laboratoire. Le nitrate de plomb n’est pas systématiquement nécessaire et ne doit être envisagé que lorsque ses avantages métallurgiques ont été démontrés.
La pulpe conditionnée entre dans une série de cuves CIL agitées. En présence d’oxygène, le cyanure dissout l’or accessible, tandis que le charbon actif adsorbe l’or dissous contenu dans la pulpe.
Les cuves sont conçues pour assurer un mélange efficace et un contact suffisant entre le minerai, la solution, l’oxygène et le charbon actif. Des cribles inter-étages retiennent le charbon dans les cuves tout en permettant à la pulpe de poursuivre son parcours vers l’aval.
À mesure que la pulpe progresse vers les dernières cuves, du charbon frais ou régénéré est introduit près de l’extrémité aval du circuit, puis déplacé progressivement vers l’amont. Cette configuration à contre-courant maintient un gradient de concentration favorable à l’adsorption de l’or.
Le nombre de cuves, le temps de séjour total, la concentration en charbon et les conditions de fonctionnement doivent être déterminés à partir d’essais métallurgiques et de calculs d’ingénierie, plutôt que sur la base d’une norme fixe.
Le charbon actif chargé en or est retiré du circuit CIL et transféré vers un système de désorption, où l’or est extrait du charbon pour être transféré dans une solution concentrée.
Les technologies courantes comprennent le procédé Zadra, le procédé de l’Anglo American Research Laboratories (AARL) et les systèmes d’élution sous pression. La méthode appropriée dépend de la capacité de l’usine, des caractéristiques du charbon, des coûts d’exploitation et des exigences de récupération.
Après la désorption, le charbon peut subir une régénération thermique afin de restaurer sa capacité d’adsorption avant d’être réintroduit dans le circuit CIL.
L’éluat riche en or est traité afin de récupérer l’or contenu dans la solution.
L’électroextraction utilise un courant électrique pour déposer l’or et les autres métaux récupérables sur des cathodes. La précipitation au zinc, généralement associée au procédé Merrill-Crowe, constitue une autre option pour les solutions aurifères adaptées, bien qu’elle ne soit pas la méthode de récupération par défaut pour toutes les usines CIL.
La méthode retenue dépend de la composition chimique de la solution, de la configuration de l’usine et de la stratégie globale de récupération de l’or.
Les matériaux aurifères récupérés sont collectés et préparés pour la fusion. Des fondants sont ajoutés si nécessaire afin de faciliter la séparation des impuretés et la formation d’une phase métallique fondue.
La fusion produit des lingots d’or brut, également appelés dorés, constitués d’un alliage contenant de l’or et généralement de l’argent. Ces lingots sont ensuite envoyés dans une raffinerie pour une purification supplémentaire.
La pulpe restante contient des résidus miniers, des réactifs de procédé résiduels et éventuellement du cyanure résiduel. Avant tout rejet ou toute réutilisation, le flux de résidus doit respecter les exigences environnementales applicables.
Les technologies de destruction du cyanure comprennent le procédé INCO au dioxyde de soufre et à l’air, ainsi que l’oxydation à l’acide de Caro. Le traitement approprié dépend des différentes formes de cyanure présentes, des concentrations résiduelles, de la composition chimique de l’eau et des critères de rejet.
Le stockage des résidus, la récupération de l’eau, le contrôle des infiltrations et la gestion environnementale à long terme doivent être intégrés à la conception de l’usine.
La caractérisation du minerai doit précéder la sélection des équipements, car deux gisements présentant des teneurs en or similaires peuvent se comporter très différemment pendant la lixiviation et l’adsorption. La minéralogie, la taille des particules d’or, la teneur en sulfures et la présence de carbone naturel peuvent toutes influencer le taux de récupération et les coûts d’exploitation.
Les minerais d’or facilement lixiviables sont généralement bien adaptés à la lixiviation conventionnelle au cyanure, car une proportion importante de leur or peut être dissoute sans prétraitement complexe.
Les gisements aurifères oxydés peuvent également convenir lorsque l’or est suffisamment libéré et que les minéraux consommateurs de cyanure ne sont pas présents en quantités excessives. Leur aptitude réelle au traitement dépend de la composition minéralogique, de la teneur en argile et de la répartition des particules d’or.
Pour ces minerais, un circuit conventionnel de concassage, de broyage et de traitement CIL peut constituer une solution de traitement efficace.
L’or peut se présenter sous forme de particules natives grossières, de fines inclusions dans les minéraux sulfurés ou de particules microscopiques réparties dans la roche encaissante.
L’or grossier peut nécessiter une concentration gravimétrique avant ou en parallèle du traitement CIL. L’or fin ou emprisonné dans les minéraux peut nécessiter un broyage plus poussé afin d’obtenir une libération suffisante.
Toutefois, un broyage excessif augmente la consommation d’énergie et peut produire des particules ultrafines qui nuisent à l’épaississement, au transfert d’oxygène et à la manutention de la pulpe. Les exigences de broyage doivent donc être déterminées à partir d’examens minéralogiques et d’essais de lixiviation.
Certains minerais aurifères contiennent des matières carbonées naturelles capables d’adsorber l’or dissous dans la solution de cyanure. Ce phénomène est appelé « preg-robbing », ou adsorption parasite de l’or.
Ce phénomène peut réduire le taux de récupération de l’or, car l’or dissous est capté par le carbone naturel du minerai plutôt que par le charbon actif destiné à sa récupération.
Selon la gravité du problème, les solutions possibles comprennent un prétraitement spécialisé, une modification des conditions de procédé ou une configuration différente du schéma de traitement. Le procédé CIL conventionnel ne permet pas automatiquement d’éliminer ce phénomène.
Les minerais réfractaires contiennent de l’or qui ne peut pas être récupéré efficacement par la seule lixiviation conventionnelle au cyanure. L’or peut être emprisonné dans des minéraux sulfurés tels que la pyrite ou l’arsénopyrite, ou associé à d’autres minéraux qui limitent l’accès des réactifs.
Ces minerais peuvent nécessiter un traitement supplémentaire avant la lixiviation au cyanure, notamment une oxydation sous pression, un grillage ou une bio-oxydation.
Bien que le procédé CIL puisse rester une partie du schéma global de traitement, l’étape de prétraitement supplémentaire peut augmenter considérablement l’investissement initial, les besoins énergétiques et la complexité de l’exploitation.
Les essais à l’échelle du laboratoire et de l’usine pilote permettent de quantifier le taux de récupération de l’or en fonction de la granulométrie de broyage, la consommation de cyanure, les besoins en oxygène, la cinétique de chargement du charbon et l’effet des minéraux perturbateurs. Sans données d’essais fiables, les volumes des cuves, les stocks de charbon et les systèmes de dosage des réactifs risquent d’être mal dimensionnés, entraînant une récupération insuffisante ou des coûts d’exploitation excessifs. Le procédé CIL ne convient pas automatiquement à tous les gisements aurifères ; les minerais réfractaires ou présentant une forte tendance au preg-robbing nécessitent des étapes de traitement supplémentaires.
La conception d’une usine CIL performante nécessite une coordination entre les essais métallurgiques, l’ingénierie des procédés, la sélection des équipements et la planification des infrastructures.
La première étape consiste à définir le débit de traitement requis, le programme de fonctionnement, la teneur du minerai d’alimentation et le taux de récupération de l’or visé.
Les objectifs de récupération doivent être fondés sur des résultats d’essais représentatifs et des hypothèses réalistes de fonctionnement, plutôt que sur des valeurs maximales théoriques.
Le circuit de concassage et de broyage doit être sélectionné en fonction de la dureté du minerai, de la taille de l’alimentation, de son abrasivité, du débit requis et de la granulométrie cible pour la libération de l’or.
Les concasseurs à mâchoires sont couramment utilisés pour le concassage primaire, tandis que les concasseurs à cône peuvent assurer la réduction granulométrique secondaire ou tertiaire. Les broyeurs à boulets et les équipements de classification sont fréquemment utilisés pour obtenir la granulométrie de broyage requise.
Les minerais durs et abrasifs peuvent nécessiter des équipements plus robustes et un budget plus élevé pour les pièces d’usure. Les minerais plus tendres peuvent permettre des configurations plus simples, selon la capacité requise et la granulométrie du produit final.
Le dimensionnement des cuves dépend du débit de pulpe, de sa densité, du temps de séjour requis et du volume utile effectif.
Le calcul doit tenir compte de l’ensemble du circuit CIL, des volumes utiles de chaque cuve et des marges de conception appropriées. Le temps de séjour réel doit être vérifié à partir des résultats des essais métallurgiques et des conditions de fonctionnement prévues.
La géométrie des cuves, la conception des turbines d’agitation, l’intensité du mélange, le transfert d’oxygène et les performances des cribles à charbon influencent également l’efficacité de l’usine.
Le type de charbon actif, la taille de ses particules, sa concentration et son activité influencent les performances d’adsorption de l’or. Les stocks de charbon et les vitesses de déplacement doivent être coordonnés avec le chargement en or, la capacité d’élution et la régénération du charbon.
Une activité insuffisante du charbon ou des pertes excessives de charbon peuvent réduire la récupération et augmenter les coûts de remplacement. À l’inverse, une simple augmentation de la concentration en charbon ne garantit pas de meilleures performances si le mélange, la cinétique d’adsorption ou les conditions de lixiviation constituent les facteurs limitants.
La conception d’une usine complète doit relier le circuit CIL aux systèmes de désorption du charbon, d’électroextraction, de fusion, de détoxification des résidus et de recyclage de l’eau.
Un bilan matière global permet de suivre les solides, l’eau, l’or, le charbon et les réactifs. Un bilan hydrique permet de déterminer les besoins en eau douce, les possibilités de recyclage et les pertes d’eau potentielles.
L’implantation de l’usine doit minimiser les manutentions inutiles et garantir un accès sûr aux équipements pour l’exploitation, la maintenance et la gestion des réactifs.
Les infrastructures importantes comprennent l’alimentation électrique, l’eau de procédé, l’instrumentation, la ventilation si nécessaire, le stockage des réactifs, les installations de laboratoire et les systèmes d’intervention d’urgence.
Une fois l’usine CIL en fonctionnement, une surveillance régulière et l’optimisation du procédé sont essentielles pour maintenir le taux de récupération et maîtriser les coûts.
La finesse de broyage influence directement la libération de l’or et la cinétique de lixiviation. Si le broyage est trop grossier, l’or peut rester emprisonné dans les minéraux encaissants. S’il est excessivement fin, la consommation d’énergie augmente et la manutention de la pulpe peut devenir plus difficile.
Les opérateurs doivent surveiller conjointement les performances du broyeur, l’efficacité de la classification et le taux de récupération après lixiviation afin de déterminer la granulométrie de broyage la plus économique.
Un pH stable, une disponibilité adéquate du cyanure, un transfert d’oxygène suffisant et une agitation efficace sont essentiels pour assurer une dissolution régulière de l’or.
La concentration, l’activité et les performances d’adsorption du charbon doivent être évaluées parallèlement aux teneurs en or dissous tout au long du circuit de cuves. Les ajustements du procédé doivent être guidés par les analyses de laboratoire et les données d’exploitation.
Le cyanure présentant de graves risques pour la santé et l’environnement, sa manipulation et le contrôle du procédé doivent respecter les procédures de sécurité établies.
Le charbon actif accumule progressivement des impuretés et peut perdre ses performances d’adsorption en raison de l’encrassement, de l’attrition ou d’une régénération inadéquate.
Des contrôles réguliers de l’activité du charbon, une régénération appropriée et l’inspection des cribles inter-étages peuvent contribuer au maintien des performances. Les pertes de charbon doivent être suivies afin d’identifier les dommages aux cribles, l’abrasion excessive ou les problèmes de manutention du charbon.
Les variations de densité de la pulpe influencent le débit volumique et le temps de séjour effectif. Un transfert d’oxygène insuffisant peut limiter la dissolution de l’or, tandis qu’un mélange inadéquat peut créer des zones stagnantes ou une distribution inégale des réactifs.
La surveillance régulière de la densité de la pulpe, de l’oxygène dissous, du niveau des cuves et des débits permet d’identifier les écarts avant qu’ils n’entraînent des pertes importantes de récupération.
La maintenance préventive est importante pour les concasseurs, les broyeurs, les pompes, les agitateurs, les cribles et les équipements d’élution. L’inspection des pièces d’usure ainsi que la surveillance des vibrations et des températures peuvent aider à détecter les problèmes mécaniques avant qu’ils ne s’aggravent.
La consommation de réactifs doit être évaluée en fonction des caractéristiques du minerai et des performances réelles de récupération. Une consommation excessive de cyanure ou de chaux peut révéler des changements dans la minéralogie de l’alimentation, un contrôle insuffisant du procédé ou un ajout inutile de réactifs.
Le recyclage de l’eau peut réduire les besoins en eau douce et les coûts d’exploitation, notamment dans les régions où les ressources en eau sont limitées. Toutefois, la composition chimique de l’eau recyclée doit être surveillée, car les sels dissous, les réactifs résiduels et d’autres contaminants peuvent affecter la lixiviation et l’adsorption.
Une gestion efficace des résidus associe la détoxification du cyanure, la récupération de l’eau, la stabilité géotechnique, le contrôle des infiltrations et la surveillance environnementale. Ces mesures contribuent à garantir que les améliorations de la production ne se font pas au détriment du respect des exigences environnementales.
Une usine CIL de traitement du minerai d’or intègre le concassage, le broyage, la lixiviation au cyanure, l’adsorption sur charbon actif, la récupération de l’or et le traitement des résidus dans un système de traitement coordonné. Ses performances ne dépendent pas uniquement de la capacité des machines individuelles : la minéralogie du minerai, la granulométrie de libération, les conditions de la pulpe, l’activité du charbon et le contrôle du procédé influencent également le taux de récupération et les coûts d’exploitation.
Pour les propriétaires de mines et les promoteurs de projets, l’approche la plus efficace consiste à réaliser des essais métallurgiques représentatifs avant de finaliser le schéma de traitement, à dimensionner les équipements en fonction des exigences vérifiées du procédé et à optimiser l’ensemble du circuit tout au long de sa durée de vie opérationnelle. Avec une conception appropriée et une exploitation rigoureuse, une usine CIL peut assurer une récupération fiable de l’or à partir de minerais adaptés à la lixiviation conventionnelle au cyanure.
Le procédé CIL combine la lixiviation de l’or et l’adsorption sur charbon dans le même circuit de cuves. Le procédé CIP (Carbon-in-Pulp) achève généralement la lixiviation avant d’envoyer la pulpe vers un circuit distinct d’adsorption sur charbon. Le choix de la méthode dépend des caractéristiques du minerai, des résultats des essais métallurgiques et de la rentabilité du projet.
Les principaux équipements comprennent généralement des concasseurs, des cribles, des broyeurs, des équipements de classification, des pompes à pulpe, des cuves de lixiviation et d’adsorption, des agitateurs, des cribles à charbon, des équipements de manutention du charbon chargé, des équipements d’élution, des cellules d’électroextraction ainsi que des systèmes de gestion des résidus et de l’eau. La liste définitive dépend du schéma de traitement retenu.
Le coût total varie en fonction de la capacité de traitement, des caractéristiques du minerai, des spécifications des équipements, de l’emplacement de l’usine, des infrastructures, des exigences d’installation et des dispositifs de contrôle environnemental. Une estimation pertinente doit distinguer le coût de fourniture des équipements du coût total des investissements pour une installation complète, ainsi que des dépenses d’exploitation récurrentes.
Le charbon actif adsorbe l’or dissous dans la solution de procédé. Dans une configuration typique, le charbon circule dans le circuit de cuves dans le sens opposé à celui de la pulpe. Cela permet de récupérer le charbon chargé en or en vue du traitement en aval, tandis que le charbon régénéré est réintroduit dans le procédé.
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