Méthodes de Bénéficiation des Minerais Métalliques : Un Guide Complet

Résumé :La beneficiation des minerais métalliques est une étape cruciale dans l'industrie minière, visant à séparer les minéraux métalliques précieux des gangues en fonction de leurs différences de propriétés physiques ou chimiques.

La beneficiation des minerais métalliques est une étape cruciale dans l'industrie minière, visant à séparer les minéraux métalliques précieux des gangues en fonction de leurs différences de propriétés physiques ou chimiques. Les méthodes de beneficiation classiques peuvent être largement classées en trois groupes : la beneficiation physique, la beneficiation chimique et la bio-bénéficiation. Parmi celles-ci, la beneficiation physique est la plus largement appliquée en raison de son faible coût et de son amicalité envers l'environnement. La sélection d'un processus de beneficiation approprié dépend largement des caractéristiques des minéraux métalliques cibles, telles que le magnétisme, la densité et l'hydrophobicité de surface.

1. Bénéfice Physique : La Solution à Faible Coût pour une Large Application Industrielle

Le bénéfice physique sépare les minéraux sans altérer leur composition chimique, s'appuyant uniquement sur les différences de propriétés physiques. Cette approche est adaptée à la plupart des minéraux métalliques facilement libérés. Les quatre méthodes de bénéfice physique principales sont :

1.1 Séparation Magnétique : Récupération Ciblée des Métaux Magnétiques

• Principe Fondamental :Utilise les différences dans le magnétisme des minéraux (par exemple, la magnétite est attirée par un champ magnétique, tandis que les minéraux de gangue ne le sont pas) pour séparer les minéraux magnétiques des minéraux non magnétiques.
• Applicable Metals: Principalement des minéraux de fer, de manganèse et de chrome. Particulièrement efficaces pour la magnétite (fortement magnétique) et la pyrrothite (faiblement magnétique). Utilisé également pour éliminer les impuretés de fer des minéraux non métalliques comme le sable de quartz.
• Key Applications:
  • Les usines de traitement du minerai de fer utilisent un processus de séparation magnétique comprenant le prétraitement, le nettoyage et la récupération pour augmenter la teneur en fer de 25%-30% à plus de 65%.
  • Les minéraux faiblement magnétiques comme l'hématite sont d'abord grillés pour les convertir en magnétite avant la séparation magnétique.
• Avantages :Pollution faible, faible consommation d'énergie et grande capacité de traitement (des séparateurs magnétiques uniques peuvent traiter des milliers de tonnes par jour).

1.2 Flottation : séparation « Hydrophobe-Hydrophile » des minéraux précieux fins

• Principe Fondamental :Des produits chimiques (collecteurs et moussants) sont ajoutés pour rendre le minéral métallique cible hydrophobe. Ces particules se fixent à des bulles d'air et remontent à la surface sous forme de mousse, tandis que les minéraux non cibles restent dans la pulpe.
• Métaux applicables :Cuivre, plomb, zinc, molybdène, or, argent et autres métaux à grain fin (typiquement
• Key Applications:
  • Le processus standard pour le minerai de cuivre : La flottation des sulfures de cuivre améliore le minerai de 0,3 % à 0,5 % Cu à un concentré de cuivre de 20 % à 25 %.
  • Récupération auxiliaire de l'or : Pour l'or finement disséminé, la flottation le concentre d'abord en un concentré de sulfure, réduisant la consommation de cyanure dans la cyanuration ultérieure.
• Avantages :Haute efficacité de séparation (taux de récupération au-dessus de 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 des métaux lourds grossiers.

• Principe Fondamental :La séparation par gravité utilise les différences de densité entre les minéraux de métal lourd et les gangues plus légères dans un champ gravitationnel ou centrifuge.
• Métaux applicables :L'or (particules grossières de placers et de filons), le tungstène, l'étain, l'antimoine, en particulier les particules grossières de plus de 0,074 mm.
• Key Applications:
  • L'exploitation minière de l'or de placer utilise des rampes et des tables vibrantes pour récupérer l'or naturel avec un taux de récupération de plus de 95%.
  • Les minerais de tungstène et d'étain subissent une séparation par gravité comme une étape de prétraitement pour éliminer 70%-80% de gangue à faible densité avant la flottation.
• Avantages :Aucune pollution chimique, coût très bas, équipement simple.
• Inconvénients :Low recovery for fine particles and minerals with small density differences.

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

• Principe Fondamental :Sépare les minéraux en fonction des différences de conductivité électrique (par exemple, les minéraux métalliques conduisent, les non-métalliques ne conduisent pas) 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).
• Key Applications:
  • Séparation du titane des sables de plage : À Hainan, la séparation électrostatique isole l'ilménite conductrice du quartz non conducteur.
  • Purification du concentré : Élimination du quartz peu conducteur du concentré de tungstène pour améliorer sa teneur.
• Avantages :Haute précision de séparation, sans réactifs chimiques.
• Inconvénients :Sensibilité à l'humidité (nécessite un séchage), faible débit, généralement utilisé seulement comme étape de nettoyage.

2. Bénéfice chimique : Le « Dernier recours » pour les minerais difficiles

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

2.1 Limonge: “Dissolution et extraction” des ions métalliques

• Principe Fondamental :Les minerais sont trempés dans des solvants chimiques (acide, alcalin ou solutions salines) pour dissoudre le métal cible dans une solution de lixiviation enrichie (PLS), à partir de laquelle le métal est récupéré (par exemple, par précipitation, cimentation 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.
  • Cuivre Heap Leaching : Le minerai de cuivre oxydé de faible grade (0,2%-0,5% Cu) est irrigué avec de l'acide sulfurique ; le cuivre se dissout et est récupéré par extraction par solvant et électrolyse (SX-EW) en tant que cuivre cathodique (coût-efficace pour le minerai de faible grade).

2.2 Processus combiné de grillage-leaching

• Principe Fondamental :Le minerai est d'abord grillé à haute température (300-1000°C) pour altérer sa structure (par exemple, grillage oxydant ou réducteur), convertissant les métaux réfractaires en une forme soluble pour le leaching ultérieur.
• Métaux applicables :Sulfures réfractaires (par exemple, sulfure de nickel, sulfure de cuivre) et minerais oxydés (par exemple, hématite).
• Étude de Cas:
  • Rôtissage de Sulfure de Nickel : Convertit le sulfure de nickel en oxyde de nickel, qui est facilement lessivable avec de l'acide sulfurique, évitant l'interférence des sulfures.
  • Rôtissage de Minerai d'Or Réfractaire : Pour les minerais contenant de l'arsenic et du carbone, le rôtissage 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 Écologique pour les Minerais de Faible Qualité

• Principe:Certaines micro-organismes (par exemple, Acidithiobacillus ferrooxidans, Acidithiobacillus thiooxidans) oxydent métaboliquement les sulfures de métaux en sels métalliques solubles, permettant la récupération des métaux à partir de la solution—également connue sous le nom de bioleaching.
• Métaux applicables :Cuivre de basse qualité (par exemple, cuivre porphyrique), uranium, nickel, or (comme aide à l'élimination du soufre).
• Avantages :Écologique (pas de pollution par des réactifs chimiques), faible coût (les micro-organismes se reproduisent eux-mêmes), adapté aux minerais avec des teneurs en cuivre aussi basses que 0,1 % à 0,3 %.
• Inconvénients :Vitesses de réaction lentes (semaines à mois), sensibles à la température et aux conditions environnementales.
• Application typique :Environ 20 % de la production mondiale de cuivre provient du bioleaching, comme les grandes opérations de lixiviation en tas au Chili.

3. La logique de base en 3 étapes pour sélectionner les méthodes de concentration.

3.1 Analyser les propriétés minérales :

• Minéraux magnétiques (par ex., magnétite) → Séparation magnétique
• Fines particules avec des différences d'hydrophobicité (par ex., minerais de cuivre) → Flottation
• Grosses particules avec une haute densité (par ex., or de placer, tungstène) → Séparation par gravité

3.2 Évaluer la teneur en minerai et la libération :

• Minerais bruts de haute qualité → Séparation par gravité ou magnétique (coût faible)
• Minerais fins de basse qualité → Flottation ou lixiviation (récupération élevée)
• Minerais extrêmement réfractaires → Bénéfice chimique ou bio- bénéfice

3.3 Équilibre entre l'économie et le coût environnemental :

• Préférer le traitement physique pour une faible consommation d'énergie et une pollution minimale
• Recourir à des méthodes chimiques ou biologiques uniquement lorsque les méthodes physiques sont inefficaces, en tenant compte des coûts et de l'impact environnemental