Traitement des lixiviats

La lixiviation en tas est devenue une technique d'extraction dominante pour les minerais d'or, de cuivre et d'argent à faible teneur dans le paysage minier et métallurgique, mais les solutions prégnantes qui s'écoulent des tas empilés contiennent plus que des métaux de valeur dissous. Elles entraînent également du cyanure libre et complexé, du thiocyanate, de l'ammoniac, du nitrate, du sulfate et toute une série de fines entraînées qui lessivent le fer, le zinc, le cuivre et le mercure. Le traitement des lixiviats constitue donc une garantie essentielle entre le succès métallurgique et la responsabilité environnementale. En termes simples, le traitement des lixiviats pour l'exploitation minière et la métallurgie fait référence à la séquence d'opérations physiques, chimiques et parfois biologiques conçues pour éliminer ou transformer les constituants toxiques afin que l'eau puisse être rejetée, recirculée ou réutilisée en toute sécurité. Sans une détoxification solide, le cyanure et les métaux dissous présentent des risques graves pour les écosystèmes aquatiques et les sources d'approvisionnement en eau potable en aval, tandis que les ions de détartrage menacent les circuits d'irrigation des terrils dont les mineurs dépendent pour leur récupération.

Dans la pratique, la chaîne de traitement comble le fossé entre les objectifs métallurgiques et les attentes réglementaires. Les opérateurs commencent par équilibrer le pH afin d'optimiser la cinétique de destruction du cyanure, puis ils dosent les oxydants ou les réactifs à base de soufre qui brisent la puissante liaison métal-cyanure. La clarification ou la filtration capture les hydroxydes métalliques précipités, tandis qu'un polissage avancé par membrane ou échange d'ions permet d'atteindre les faibles limites de microgrammes par litre désormais courantes dans des juridictions strictes telles que le Nevada, le Queensland et l'Ontario. À chaque étape, les concepteurs de l'usine doivent concilier des débits fluctuants qui reflètent les précipitations saisonnières, ainsi que des pics de cyanure déclenchés par des campagnes de dynamitage ou des bouleversements de la solution. Alors que les directives relatives à l'absence de rejet liquide et à la réutilisation de l'eau gagnent du terrain, le traitement moderne des lixiviats intègre également des boucles d'évaporation, de cristallisation et de gestion de la saumure qui sont efficaces sur le plan énergétique. En fin de compte, un traitement efficace des lixiviats préserve la santé des travailleurs, protège les ressources en eau fragiles des zones arides et garantit une licence sociale dans les communautés de plus en plus sensibles à l'empreinte environnementale de l'exploitation minière.

Ces systèmes forment un ensemble d'outils synergiques. Les étapes d'oxydation ou de sulfuration démantèlent les complexes de cyanure, le traitement à la chaux enferme les métaux libérés dans une forme insoluble, et le polissage par membrane ou résine ramène l'effluent final bien en deçà des critères de rejet, même lorsque les flux de dilution saisonniers disparaissent. En échelonnant les mécanismes d'élimination en fonction de la chimie des contaminants, les usines minimisent la consommation de réactifs, réduisent les coûts d'élimination des boues et maintiennent l'équilibre de spéciation du cyanure requis pour une récupération optimale de l'or ou du cuivre sur le tas.

Principaux paramètres de qualité de l'eau contrôlés

La gestion complète des lixiviats implique une attention permanente à une constellation de paramètres interdépendants. La concentration de cyanure libre détermine la toxicité pour les poissons et la dose d'oxydant nécessaire à la destruction. Le cyanure dissociable à l'acide faible (DAF) fournit une mesure plus fine de la toxicité biodisponible, en tenant compte des formes liées au zinc et au cuivre qui se libèrent dans des conditions légèrement acides, typiques de l'acidité de l'estomac chez les animaux sauvages. Le thiocyanate sert de baromètre opérationnel pour l'oxydation inefficace du SO₂/air ou du peroxyde et peut également se réactiver sous l'effet de la lumière du soleil s'il n'est pas contrôlé. Les métaux lourds tels que l'arsenic, le cadmium, le plomb et le mercure attirent l'attention du public en raison de leur persistance et de leur potentiel de bioaccumulation, tandis que les niveaux de cuivre influencent directement la spéciation du cyanure et la cinétique de lixiviation de l'or. La conductivité et le sulfate reflètent l'accumulation de sel qui peut encrasser les goutteurs d'irrigation et induire un stress osmotique dans les cultures si l'eau de la mine est destinée à être réutilisée pour l'agriculture.

Le pH et le potentiel d'oxydo-réduction (ORP) sont à la base de chaque boucle de contrôle. Un pH élevé stabilise le cyanure sous la forme de l'ion CN- non réactif, mais supprime l'efficacité du peroxyde ; les opérateurs ajustent donc l'alimentation en hydroxyde de sodium ou en chaux pour atteindre le point idéal avant chaque étape du traitement. La turbidité et le total des solides en suspension (TSS) reflètent l'efficacité des étapes de clarification et permettent d'ajuster la dose de floculant. L'oxygène dissous reste vital pour l'oxydation du peroxyde et du SO₂/air, en particulier à haute altitude où la pression partielle diminue. Enfin, la température influence la cinétique des réactions et le flux de la membrane, ce qui rend l'enregistrement en temps réel essentiel pour les stratégies de contrôle adaptatives dans les régions qui passent d'hivers inférieurs à zéro à des étés de 40 °C.

Considérations relatives à la conception et à la mise en œuvre

La conception d'une station de traitement des lixiviats résiliente commence par une caractérisation détaillée du profil de drainage du terril et du contexte hydrogéologique local. Les ingénieurs prélèvent des échantillons composites pendant les saisons sèches et humides, puis effectuent des essais au rouleau de bouteilles pour quantifier la spéciation du cyanure, la solubilité des métaux et la cinétique d'oxydation dans divers scénarios de réactifs. Les bassins d'égalisation des débits amortissent les pics diurnes observés après les cycles d'irrigation ou les tempêtes, tandis que l'agencement modulaire des réservoirs facilite l'expansion future au fur et à mesure de l'augmentation de la production minière. Les considérations climatiques sont essentielles : les sites andins de haute altitude utilisent des chauffages au propane et des canalisations isolées pour empêcher la décomposition du peroxyde pendant les nuits glaciales, tandis que les opérations sahariennes chaudes intègrent des tours de refroidissement pour maintenir l'intégrité des membranes. Le stockage des réactifs nécessite des réservoirs à double paroi et la détection des fuites, car le dioxyde de soufre liquide, le cyanure de sodium et le peroxyde d'hydrogène présentent des risques distincts.

Le temps de séjour hydraulique (HRT) devient un compromis délicat entre l'exhaustivité de la réaction et l'empreinte financière. La modélisation par jumeaux numériques, alimentée par des données SCADA en temps réel, permet désormais une optimisation itérative des volumes des cuves, de la puissance des agitateurs et des taux d'injection d'air avant qu'une seule fondation ne soit coulée. Les systèmes d'automatisation équipés de spectromètres Raman et de sondes de cyanure micro-ISE fournissent un retour d'information quasi instantané, permettant un dosage proportionnel des réactifs qui réduit les déchets chimiques et stabilise la qualité des effluents. L'intégration des énergies renouvelables se développe également : des panneaux solaires en Australie occidentale alimentent désormais les bancs de soufflantes pour les réacteurs SO₂/air, réduisant ainsi la dépendance au diesel ainsi que les émissions de carbone. Les installations décentralisées sur patins gagnent en popularité dans les petites mines où la discipline en matière d'investissement et les calendriers de construction serrés sont de rigueur. Les entrepreneurs livrent des unités préfabriquées de conteneurs ISO contenant des bassins d'aération entièrement câblés, des épurateurs de chaux, des filtres-presses et des supports de membranes ; une fois sur place, les équipes connectent les collecteurs d'utilités et mettent en service en quelques semaines.

Fonctionnement et entretien

Une fois l'usine en service, une exploitation disciplinée permet de maintenir la conformité aux permis et la maîtrise des coûts. Les techniciens de l'équipe commencent chaque tournée en vérifiant les réservoirs journaliers de réactifs, en observant les modèles de mousse dans les réacteurs d'oxydation et en confirmant que les contrôleurs logiques programmables enregistrent des tendances stables en matière d'ORP et de pH. L'étalonnage périodique des analyseurs de cyanure permet d'éviter les dérives qui pourraient déclencher un surdosage et des dépenses de produits chimiques pour les ballons. Le dessablage du dessableur à chaux et les vérifications de la densité de la boue permettent d'éviter les bouchons qui risquent de provoquer des arrêts non planifiés. Dans les systèmes SO₂/air, l'entraînement de l'huile du compresseur et les performances des éliminateurs de brouillard font l'objet d'une attention particulière, car les vapeurs d'acide sulfureux favorisent la corrosion rapide des conduits en acier doux.

Les skids membranaires exigent un rythme différent. Les opérateurs effectuent des cycles hebdomadaires de nettoyage en place en utilisant des solutions acides douces et caustiques pour récupérer le flux perdu à cause du biofilm ou de l'entartrage par le sulfate de calcium, en documentant le flux de perméat normalisé pour détecter les premiers signes d'encrassement. L'humidité du gâteau HDS pressé est contrôlée pour s'assurer que le poids du transport reste dans les limites du contrat. L'évaluation des polymères de déshydratation des boues déclenche des tests trimestriels sur les jarres, car des changements mineurs dans la minéralogie du minerai peuvent modifier la décantabilité des boues. La maintenance prédictive utilise désormais des capteurs de vibrations sur les boîtes d'engrenage des agitateurs et des algorithmes de détection d'anomalies alimentés par des données historiques pour prévoir les défaillances des joints des semaines à l'avance. Les équipes du site assurent une formation polyvalente des opérateurs métallurgiques en matière de conformité environnementale, de sorte que la couverture des vacances ne mette jamais en péril les engagements pris en matière de permis.

Défis et solutions

Le traitement des lixiviats est confronté à un triple défi technique, climatique et économique. La spéciation du cyanure varie de manière imprévisible lorsque la minéralogie du minerai passe des zones d'oxyde aux zones de sulfure, ce qui entraîne des poussées soudaines de complexes cuivre-cyanure qui dépassent les points de consigne du peroxyde. Les usines y remédient en installant des modules SART de purge ou en détournant les lixiviats à forte teneur en cuivre vers des bassins d'égalisation dédiés où le temps de séjour permet d'augmenter la marge de réaction. Sur les sites où l'eau douce est rare, il est obligatoire de récupérer plus de 90 % du perméat, mais le fluage des sulfates et des nitrates empêche la simple réutilisation de l'osmose inverse. Pour briser le plafond osmotique, les ingénieurs déploient des cristallisateurs de gypse ensemencés, tandis que les membranes d'OI monovalentes sélectives émergentes coupent simultanément le sodium et le sulfate.

Les climats froids ralentissent la cinétique de la réaction et augmentent la décomposition du peroxyde, de sorte que les opérateurs isolent les réservoirs, passent au permanganate de potassium ou utilisent des générateurs d'ozone dissous dont le rendement augmente lorsque la température de l'eau baisse. La gestion des boues reste un casse-tête permanent : les gâteaux chargés de métaux, classés comme dangereux dans certaines juridictions, imposent des frais d'élimination élevés. Une encapsulation cimentaire innovante convertit ce passif en agrégats pour le remblayage des puits, ce qui permet de boucler la boucle. Les pressions financières augmentent lorsque les prix des matières premières s'effondrent, ce qui incite les mineurs à explorer des partenariats de traitement à façon dans lesquels des entreprises tierces financent la modernisation de l'usine en échange de crédits de métaux capturés à partir des précipités SART.

Avantages et inconvénients

Les entreprises minières évaluent de nombreux facteurs avant de donner leur feu vert à une nouvelle installation de traitement des lixiviats. D'un autre côté, les trains modernes réduisent considérablement les prélèvements d'eau douce, ce qui permet d'exploiter des bassins arides qui seraient autrement interdits. En récupérant le cuivre et, dans certains cas, le zinc ou l'argent des circuits SART, les usines créent des flux de revenus supplémentaires qui compensent les coûts des réactifs. Le respect de la réglementation devient plus simple, ce qui réduit le risque d'amendes coûteuses, de litiges ou d'arrêts de production obligatoires. Le traitement améliore également l'efficacité métallurgique en stabilisant les flux de recyclage, ce qui permet d'extraire davantage de métaux et de réduire la consommation de cyanure de sodium. Enfin, les tableaux de bord des performances ESG, renforcés par les faibles scores de toxicité des effluents, attirent les investisseurs socialement responsables et facilitent le financement.

Il y a aussi des inconvénients. Les dépenses d'investissement peuvent dépasser 15 000 USD par mètre cube et par heure de débit nominal lorsqu'une oxydation avancée et une osmose inverse sont nécessaires. La logistique des réactifs, en particulier le dioxyde de soufre liquide et le peroxyde d'hydrogène, nécessite une formation supplémentaire en matière de sécurité et une planification d'urgence pour les sites éloignés dans le désert ou à haute altitude. La demande d'énergie augmente avec chaque ventilateur d'aération, agitateur et pompe à haute pression ajouté, ce qui risque d'annuler les gains en matière de durabilité, à moins que la production d'énergie renouvelable ne soit intégrée. L'élimination des boues, même lorsqu'elles sont traitées sur place, immobilise des terres et nécessite une surveillance permanente pour éviter la production d'acide. La complexité technologique peut dépasser l'expérience de la main-d'œuvre locale, obligeant les entreprises à importer des spécialistes expatriés jusqu'à ce que le transfert de connaissances soit achevé.

Questions fréquemment posées

Q : En quoi le traitement des lixiviats diffère-t-il du traitement du drainage minier acide ?

R : Les lixiviats provenant de la lixiviation en tas contiennent une grande quantité de cyanure et de complexes métal-cyanure dus à une dissolution métallurgique intentionnelle, alors que le drainage minier acide résulte de l'oxydation spontanée des sulfures et se caractérise par une acidité et des métaux dissous avec peu de cyanure. Les filières de traitement mettent donc l'accent sur la destruction oxydative dans les usines de lixiviation et sur la neutralisation de la chaux dans les installations de drainage acide, bien que les deux puissent partager des étapes de HDS à la chaux et de polissage par osmose inverse.

Q : Quel est l'objectif type de cyanure libre résiduel à rejeter ?

R : La plupart des juridictions limitent le cyanure libre à moins de 0,02 mg L-¹ pour protéger la vie aquatique, tandis que certaines régions arides éloignées autorisent 0,05 mg L-¹ si la dilution et l'atténuation naturelle peuvent être prouvées. Les cibles de cyanure dissociable dans les acides faibles se situent souvent à 0,1 mg L-¹ ou moins.

Q : Les lixiviats traités peuvent-ils être réutilisés directement pour l'irrigation ?

R : Oui, à condition que le sulfate, le nitrate et le total des solides dissous respectent les directives agronomiques et qu'une attention particulière soit accordée au thiocyanate résiduel, qui peut être phytotoxique. Le polissage des membranes et l'étude de la salinité du sol sont des conditions préalables essentielles.

Q : Quelles sont les technologies émergentes à surveiller ?

R : L'ozonation photocatalytique alimentée par du solaire concentré, le ferrate électrogène pour l'oxydation et la coagulation simultanées, et les plateformes de contrôle des réactifs basées sur l'apprentissage automatique font l'objet d'une traction pilote. L'osmose directe à basse pression associée à la distillation membranaire est également prometteuse pour la minimisation de la saumure.

Q : Comment le type de minerai influence-t-il le choix des réactifs ?

R : Les minerais à forte teneur en cuivre favorisent la SART, car la récupération du cuivre finance la régénération du cyanure. Les minerais carbonés réfractaires qui adsorbent les métaux précieux exigent une détoxication à base de peroxyde pour éviter l'accumulation de thiocyanate, tandis que les minerais riches en sulfure ont souvent besoin d'un décapage à l'air supplémentaire pour faire face aux fortes émissions d'ammoniac et d'azote au cours de la décomposition oxydative.

Q : Quelle est la durée de vie des membranes d'osmose inverse dans le traitement des lixiviats ?

R : Avec un prétraitement approprié et des protocoles trimestriels de nettoyage en place, les éléments en polyamide enroulés en spirale durent généralement 3 à 5 ans avant que la perte de perméabilité ou l'encrassement irréversible n'impose leur remplacement. Les nouvelles membranes pour eaux saumâtres, qui présentent une meilleure tolérance chimique, peuvent prolonger la durée de vie au-delà de six ans dans les usines bien gérées.

Q : Le traitement des lixiviats a-t-il un impact sur la récupération de l'or en tas ?

R : Oui, en recyclant le cyanure récupéré par SART ou en réduisant le cuivre dissous qui entre en concurrence avec l'or pour le cyanure, le circuit de traitement peut réduire l'apport de cyanure frais jusqu'à 40 %, améliorer les qualités de la solution et, en fin de compte, augmenter le rendement global des métaux.

Q : Quels sont les indicateurs clés de performance (ICP) qui font l'objet d'un suivi ?

R : Les exploitants surveillent la consommation de réactifs par tonne de minerai, le pourcentage d'efficacité de destruction du cyanure, le flux spécifique de la membrane, la teneur en solides des boues, les heures d'immobilisation et le coût par mètre cube traité afin d'évaluer les performances environnementales et financières.

Q : Comment les stations d'épuration sont-elles financées dans le cadre de nouveaux projets ?

R : De nombreuses petites entreprises optent pour des modèles de construction et d'exploitation dans lesquels un entrepreneur spécialisé finance les dépenses d'investissement et facture une redevance au mètre cube ; les grandes entreprises intègrent souvent l'usine dans le budget global de développement de la mine et amortissent les coûts sur la durée de vie de la mine.

Q : Les systèmes passifs peuvent-ils remplacer le traitement actif des lixiviats ?

R : Les zones humides construites passives et les bioréacteurs peuvent polir les effluents de faible intensité, mais ils permettent rarement d'obtenir la destruction rapide du cyanure et l'élimination des métaux lourds nécessaires pour les lixiviats d'intensité élevée sans occuper d'énormes superficies, ce qui en fait des options complémentaires plutôt que des options de remplacement.

Q : Quel rôle joue la numérisation aujourd'hui ?

R : Les capteurs connectés au cloud alimentent des modèles prédictifs qui ajustent le dosage du SO₂, du peroxyde ou de la chaux en temps réel, réduisent les déchets chimiques et émettent des alertes de maintenance bien avant qu'une pompe ou un analyseur ne tombe en panne.

Q : Comment le volume des boues est-il minimisé ?

R : La recirculation de la sous-coulée dans les trains HDS, l'optimisation de la sélection des floculants et l'utilisation d'un système de filtration à bande sous vide peuvent augmenter la teneur en solides jusqu'à 65 % en poids, ce qui réduit les coûts de transport. Certains exploitants mélangent le gâteau séché à une pâte de ciment afin d'encapsuler les métaux résiduels pour le remblayage souterrain.

Q : Le traitement des lixiviats pose-t-il des problèmes de sécurité particuliers ?

R : La manipulation de SO₂ liquide comporte un risque d'asphyxie, tandis que le peroxyde peut se décomposer violemment au contact de matières organiques. Un EPI rigoureux, une tuyauterie à double confinement et des épurateurs d'urgence atténuent ces risques.

Q : En combien de temps une usine modulaire peut-elle être mise en service ?

R : Les usines pilotes testées en usine peuvent atteindre l'achèvement mécanique en 12 à 16 semaines à compter de la commande, en particulier lorsque les travaux de génie civil se limitent à des socles en béton et à des murs de confinement secondaires.

Q : Le changement climatique affecte-t-il la conception des plantes ?

R : L'augmentation de l'intensité des tempêtes exige des bassins de rétention plus grands, tandis que les sécheresses plus longues augmentent l'importance des boucles de réutilisation de l'eau et des technologies de minimisation de la saumure pour assurer la continuité des opérations.