Réduction de 60 % de pertes de solvants dans un processus SX grâce à la technique de centrifugation

Le processus d’extraction par solvant (processus SX) est une opération minière où des métaux tels que le cuivre, le platine, l’or, le cobalt, le nickel, le zinc, l’uranium, etc. sont récupérés à l’aide d’agents chimiques.  À l’issue de ce processus a lieu l’électroextraction, soit une électrodéposition de métaux ayant été mis en solution via un processus communément appelé lixiviation. L’électroraffinage utilise un processus similaire pour éliminer les impuretés d’un métal. 

La plupart des usines commerciales mettant en œuvre des processus SX sont confrontées aux problème de la formation de CRUD, c’est-à-dire une émulsion stabilisée à l’état solide, qui s’accumule généralement à l’interface aqueuse/organique dans les sédiments au fur et à mesure des étapes de l’extraction par solvant. Le CRUD est causé par les différentes substances qui entrent dans le circuit SX. Il peut s’agir de la poussière soufflée par le vent, des solides entraînés par la lixiviation, des impuretés dans les solutions végétales et même des insectes attirés par les lumières de l’usine d’extraction par solvant. 

Bien qu’une fine couche de CRUD à l’interface aqueuse/organique puisse aider à la coalescence des fines gouttelettes, un excès de CRUD peut interférer avec la séparation des phases et réduire considérablement l’efficacité des bassins.  Si le CRUD s’accumule dans les bassins, il peut se déplacer jusqu’à l’étape de mélange suivante. Cela peut rapidement provoquer un « CRUD run », soit une exécution chimique brutale entraînant une augmentation importante du primage.  S’en suit alors une contamination des électrolytes par le lixiviat et la phase organique.  

Le transfert de matières organiques pour l’électroextraction peut à son tour provoquer une « brûlure de cathode ». Et le primage de l’électrolyte dans la section d’extraction du solvant peut causer une perte de cuivre dans le raffinat (dans cet exemple lors du raffinage du cuivre). Le primage de matières organiques dans le raffinat provoquera ainsi une augmentation des pertes de matières organiques.  Bien que l’élimination du CRUD ne pose généralement pas de problème majeur dans les usines d’extraction par solvant, le CRUD a généralement une teneur en matières organiques supérieure à 50 %. Les pertes de matières organiques liées au CRUD peuvent coûter des centaines de milliers de dollars par an aux usines. 

Utiliser la technologie de centrifugation pour résoudre le problème du CRUD dans le processus SX

Les centrifugeuses aident à éviter les pertes de solution organique tout en maintenant l’efficacité du chargement de solvant (processus SL) et de l’extraction de solvant (processus SX). Cette technique aide à maintenir la valeur du pH et à prolonger la durée de vie de la cathode dans l’électroextraction, et permet d’éviter tout arrêt de l’usine lié au nettoyage du bassin. 

En outre, une turbine variable permet un réglage précis à la volée. Cela optimise la pureté de la solution organique ainsi récupérée, même si les conditions de processus varient, et permet une récupération maximale du solvant, ce qui réduit de jusqu’à 60 % les pertes de solvant. 

Ce processus est très utile pour les raffineries produisant 20 tonnes ou plus de cuivre par an.  Les centrifugeuses sont également utilisées à cette fin dans les petites, moyennes et grandes mines de cuivre du monde entier, et notamment dans les mines qui utilisent le processus d’extraction par solvant (SX). Les fabricants d’usines, les bureaux d’études et les sociétés d’ingénierie, d’approvisionnement et de construction (EPC) travaillant dans l’exploitation minière, peuvent également bénéficier de l’utilisation de centrifugeuses pour ce processus critique. 

Étude de cas 1 – Bwana Mkubwa, Zambie

Pour Bwana Mkubwa, producteur de cuivre basé dans la région de la Copperbelt àNdola en Zambie, l’incapacité à traiter efficacement le CRUD a entraîné des problèmes d’accumulation de CRUD dans les bassins de plusieurs usines SX. Cela a sérieusement nui au processus SX et réduit de jusqu’à 10 % la disponibilité du processus.  

La Zambie et la République démocratique du Congo produisent 1,2 millions de tonnes par an de cuivre par extraction par solvant et électroextraction, dont au moins 80 % sont produits dans des usines utilisant des centrifugeuses triphasées pour le traitement du CRUD. Avec désormais 12 $ par tonne de cuivre économisés chaque année, cela représente une économie annuelle de 12 millions de $ sur cette seule application dans ces deux pays. 

Le défi

Il y a vingt ans, la plupart des raffineries de cuivre dans le monde étaient confrontées à d’importantes pertes financières liées à la formation de CRUD dans leurs usines d’extraction par solvant (SX). Le procédé d’élimination du CRUD du processus étant essentiel, une grande quantité d’agents d’extraction et de dilution organiques était perdue, pour un montant équivalant à des centaines de milliers de dollars par an. Les techniques de récupération standards utilisant des filtres-presses étaient laborieuses et inefficaces. Même après une filtration, le CRUD contenait encore des quantités significatives de solution organique. 

L’accumulation de CRUD dans les décanteurs SX causait souvent de graves problèmes pour le processus SX et réduisait de jusqu’à 10 % sa disponibilité. Les matières solides résiduelles devaient être traitées comme des déchets dangereux, car la solution organique est extrêmement nocive pour l’environnement. 

La solution

À l’aide d’une centrifugeuse triphasée, les matières organiques ont pu être récupérées sous forme de solution propre, qui pouvait alors être renvoyée directement à l’usine SX. Les économies réalisées sur la seule solution organique s’élèvent à plus de 12 $ par tonne de cuivre produit. Une usine produisant 50 000 tonnes de cuivre par an économiserait donc environ 600 000 $ par an. Des économies supplémentaires ont aussi été réalisées sur la main-d’œuvre, les toiles filtrantes et la maintenance.  

Enfin, l’efficacité accrue du processus de traitement du CRUD a permis de maîtriser les niveaux de CRUD dans les usines SX. Cela a entraîné des économies supplémentaires, car la stabilité du fonctionnement de l’usine SX s’est améliorée et son rendement a augmenté. L’élimination des matières solides résiduelles est également devenue plus facile, car leur teneur en matières organiques était très faible. 

Le processus

Le traitement du CRUD doit être considéré comme une opération par lots. Le CRUD est aspiré des bassins par les opérateurs à l’aide de pompes à membrane ou péristaltiques. La composition peut changer considérablement d’un jour à l’autre. Le CRUD est collecté dans un réservoir d’alimentation et agité à l’aide d’un agitateur à faible cisaillement. Le CRUD contient normalement entre 2 et 10 % de matières solides.  

Le CRUD est acheminé vers la centrifugeuse triphasée, où les opérateurs règlent la turbine variable afin de garantir le nettoyage de la solution organique. Il convient de noter que partout dans le monde, la plupart des CRUD ne se séparent pas en trois phases sous centrifugation, mais plutôt en quatre phases.  

La quatrième phase s’accumule au niveau de l’interface organique aqueuse. En ajustant correctement la turbine variable de la centrifugeuse triphasée, l’opérateur s’assure que cette portion composée de matières solides ultra-fines est évacuée avec la phase aqueuse. C’est la raison pour laquelle la phase aqueuse n’est pas claire, mais plutôt couleur marron boue. Cette phase aqueuse doit être transférée vers un bassin de résidus. Elle ne peut pas être renvoyée vers les usines SX car cela formerait tout simplement une base qui ferait croître encore davantage le CRUD. 

Résumé

Vingt ans plus tard, la plupart des usines de cuivre SX dans le monde utilisent une centrifugeuse triphasée pour le traitement du CRUD. Plus de 80 machines sont actuellement en service dans le monde entier. Or comme il n’y a actuellement qu’environ 59 usines SX en fonctionnement dans le monde ayant une production de cathodes de cuivre supérieure à 20 kt/an, le succès de la centrifugeuse triphasée dans cette application est évident. 

La centrifugeuse triphasée devient logiquement une solution très intéressante pour les raffineries de cuivre produisant 20 tonnes ou plus de cuivre par an en utilisant l’extraction par solvant et l’électroextraction. Grâce aux économies qu’elle génère en matière de récupération organique, une centrifugeuse triphasée est amortie en environ quatre mois. La fiabilité de la machine est également un avantage majeur, car la plupart de ces machines sont installées dans des régions éloignées. La centrifugeuse triphasée installée en Zambie il y a 16 ans fonctionne encore sans aucun problème. 

Bien que le CRUD lié au processus SX du cuivre reste l’application principale de la centrifugeuse triphasée dans le domaine hydrométallurgique, elle a également été utilisée avec succès dans les procédés SX à base d’uranium, de molybdène, de lithium et de zinc. La centrifugeuse triphasée est devenue la norme pour les équipements de traitement du CRUD dans le monde entier. 

Étude de cas 2 – Plusieurs projets de production de cuivre en Chine

Les entreprises chinoises qui soutiennent les usines de cuivre CRUD en Afrique et au Myanmar utilisent encore des filtres à chambre pour le cuivre CRUD. Le filtre-presse à chambre est effectivement bien implanté dans ce domaine. Cependant, grâce à des essais réalisés dans plusieurs usines, les ingénieurs de processus ont découvert qu’ils pouvaient économiser plus de 60 % de solvant en utilisant une centrifugeuse triphasée.  

Le défi

De nombreuses centrifugeuses triphasées sont utilisées avec succès en Amérique du Sud, aux États-Unis, en Australie et en Afrique pour les applications SX de cuivre CRUD. Mais les entreprises chinoises n’avaient pas encore adopté la centrifugation, et utilisaient encore des filtres à chambre pour le processus du cuivre CRUD.  

La solution

En 2013, une réunion technique autour du projet de Wanbao Mining Myanmar YangTse Copper Mining a éveillé l’intérêt de l’équipe chinoise pour la technique de centrifugation. Mais nous n’avons pas réussi à totalement convaincre le client, notamment car China Nerin Engineering avait conçu son processus à l’aide de la technologie de filtre à chambre et que son budget était limité à 30 000 €.  

En 2015, le filtre-presse à chambre ne répondait donc pas tout à fait aux attentes. Cependant, en avril 2016, la centrifugeuse triphasée était mise en service pour l’application de cuivre CRUD au Myanmar.  Certes il s’agissait de la première application pour la Chine, mais la courbe d’apprentissage fut rapide. Les difficultés initiales ont porté sur la faible quantité de particules solides fines décantées et l’usure plus importante que prévue causée par une vitesse de rotation du bol excessive. 

Des modifications du disque de séparation ont été réalisées, et des mises à jour de la vis convoyeuse ont permis de réduire l’usure en protégeant le carrelage. Par rapport au filtre à chambre, la centrifugeuse triphasée a permis d’économiser 60 % de solvant. Par conséquent, la mine voisine de Myanmar Wanbao Mining, située à 10 km de YangTse, a alors également intégré la technique de centrifugation.

Conclusion

En 2018, YangTse a acheté sa deuxième centrifugeuse.  Une troisième usine SX a été construite en 2022 avec des centrifugeuses triphasées.

Étude de cas 3 – Projets de Fishtec Ltda., Chili

Au Chili, les entreprises minières utilisent l’extraction par solvant depuis de nombreuses décennies dans le processus de raffinage du cuivre. L’industrie minière chilienne ne connaissait pas la technique de centrifugation triphasée et utilisait soit la technologie de filtre-presse, soit était obligée de jeter beaucoup de solvant. Ces entreprises perdaient du produit et généraient beaucoup de déchets dans cette nouvelle phase résiduelle (le CRUD est un mélange de matières organiques, aqueuses, aériennes et solides en suspension).  

En éliminant et en traitant le CRUD de façon systématique avec une centrifugeuse triphasée, les entreprises ont constaté que leur consommation d’agents d’extraction diminuait de 40 à 60 % dans leurs usines SX, soit des économies financières significatives.

Le défi

Avec la technologie du filtre-presse, l’industrie minière chilienne était contrainte de jeter beaucoup de solvant. Ces entreprises perdaient du produit et généraient beaucoup de déchets dans cette nouvelle phase résiduelle (le CRUD est un mélange de matières organiques, aqueuses, aériennes et solides en suspension).  

La solution

Fishtec Ltda est une entreprise bien établie au Chili dans le secteur de la pêche depuis les années 1990. En 1995, Fishtec a été invitée à tester un échantillon de CRUD provenant d’une petite entreprise minière, la mine de Pudahuel.  Fait intéressant, le test a montré que ce produit ressemblait étrangement à une production de sardines. La similitude résidait dans le fait qu’il y avait quatre phases dans un mélange qui devait être divisé en trois. La centrifugeuse triphasée obtient d’excellents résultats grâce à sa turbine variable. La quatrième phase est séparée par la phase liquide lourde et les matières organiques récupérées sont totalement propres. La nouvelle application de la centrifugeuse triphasée est devenue la meilleure option dans ce processus, car elle améliore la qualité du produit, réduit les coûts d’élimination des déchets ainsi que les coûts d’exploitation et de maintenance. 

À la suite de cet essai, comme l’extraction par solvant s’établissait au niveau mondial comme le processus le plus courant dans les mines de cuivre, le marché chilien s’est ouvert et une centrifugeuse triphasée a été installée dans plusieurs mines : Escondida Coloso (BHP Coloso, 1995) et Quebrada Blanca (Teck, 1995).   

L’expérience de Fishtec a montré qu’elle ne disposait pas de l’expérience ni de la machine adaptée pour cette application.  Par conséquent, des décanteurs à deux ou trois phases avaient été installés mais n’avaient jamais été utilisés à cause d’une défaillance.  L’industrie minière chilienne avait donc commencé à développer des préjugés négatifs sur la centrifugation dans l’application du cuivre CRUD. 

La stratégie de Fishtec consistait à « impressionner » les clients avec des performances satisfaisantes de façon constante. Depuis, Fishtec a ouvert le marché et a désormais quasiment 95 % des usines SX utilisent la technique de centrifugation triphasée.  

En 2020, une unité pilote a été installée pour Codelco au Salvador. Codelco est une entreprise nationale chilienne qui possède six sites miniers actifs, dont deux utilisent des centrifugeuses triphasées dans leurs opérations SX.  Les résultats s’étant révélés été très bons, le client a pris l’initiative d’acheter une nouvelle centrifugeuse triphasée. Le solvant récupéré grâce à la centrifugeuse triphasée installée sur le site montre que cela est la meilleure solution pour obtenir une application régulière avec des performances prévisibles.  

Le processus

Fishtec fournit une solution complète au client, et adapte la centrifugeuse triphasée au site sur lequel elle est installée, que ce soit sur des sites d’usine existants ou des nouveaux sites. L’entreprise ajoute toutes les interfaces et tous les aspects dont le client a besoin sur le site, allant d’une pompe jusqu’à un opérateur pour la centrifugeuse.

Conclusion

L’expérience dans ce domaine a fourni des résultats positifs en matière d’économies et de simplicité d’opération. Grâce à un traitement constant du CRUD, le client a réduit sa consommation d’agents d’extraction dans l’usine SX.  Les économies sont faciles à calculer, avec généralement une réduction comprise entre 40 % et 60 % de la consommation. 

Le retour sur investissement dépend de la façon dont la machine est utilisée.  Utilisée 24h/24 et 7j/7, l’amortissement prendra de 6 à 9 mois. Sur l’autre application traitant le matériau résiduel « borra », le volume est réduit de près de 60 % et la machine permet de récupérer 15 à 40 % du matériau en tant que CRUD viable. Le système est ainsi un équipement plus que précieux pour l’ensemble de l’usine de traitement du CRUD. 

Auteur 

Robert Klug est un ingénieur commercial de terrain et un expert de l’exploitation minière avec la technologie de séparation Flottweg.