Transcript M2384

Métallurgie de l’or
par
René MICHEL
Ancien Élève de l’École Polytechnique
Ingénieur en Chef des Mines
Président de la Société des Mines et Produits Chimiques de Salsigne
1.
1.1
1.2
Minerais et gisements ............................................................................
Principaux minerais.....................................................................................
1.1.1 Or libre.................................................................................................
1.1.2 Or associé à des sulfures de fer ........................................................
1.1.3 Or associé à des minerais d’arsenic ou d’antimoine.......................
1.1.4 Or associé à des minerais de cuivre, de plomb ou de zinc .............
Nature des gisements .................................................................................
2.
2.1
2.2
2.3
Concentration et préparation des minerais .....................................
Méthodes gravimétriques...........................................................................
Flottation ......................................................................................................
Grillage .........................................................................................................
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3
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3.
Amalgamation...........................................................................................
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3
4.
4.1
Extraction hydrométallurgique ............................................................
Cyanuration classique .................................................................................
4.1.1 Principe................................................................................................
4.1.2 Traitement ...........................................................................................
Autres procédés...........................................................................................
4.2.1 Lixiviation en tas (heap leaching ) .....................................................
4.2.2 Adsorption par le charbon actif (carbon in pulp).............................
4.2.3 Complexation par la thio-urée...........................................................
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Affinage ......................................................................................................
Séparation par le chlore (procédé Miller)..................................................
Affinage électrolytique ................................................................................
Procédé acide...............................................................................................
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Références bibliographiques .........................................................................
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4.2
5.
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5.3
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naltérable, facile à repérer et à extraire dans les alluvions aurifères, très
malléable et, par conséquent, aisé à travailler à froid, par simple martelage,
l’or est connu et utilisé depuis la plus haute antiquité, comme l’attestent les
premiers bijoux ouvragés découverts dans des sépultures de l’époque
néolithique.
On estime la production mondiale d’or, depuis cette époque, à environ 120 000 t
dont 95 000 t depuis la découverte, en Afrique du Sud, du Rand (1890) jusqu’à
nos jours (1984). De ces 120 000 t, près de 100 000 seraient encore physiquement
détenues, soit au titre des réserves officielles des divers États, soit au titre de
possessions privées, y compris les bijoux et le métal industriel.
La production annuelle, de l’ordre de 1 200 t, est fournie essentiellement par
l’Afrique du Sud (700 t), l’URSS (250 t ?) et le Canada (50 t).
Depuis que le dollar US n’est plus convertible en or (1971), le cours de ce dernier
est fixé par les principaux marchés internationaux. Il a considérablement augmenté pendant la dernière décennie, passant à Londres de US $ 36, 10 l’once
en 1970 à US $ 612,15 en 1980 et, à Paris, de 6 475 F le kilogramme à 84 065 F
(moyennes annuelles), avant d’amorcer une baisse sensible en 1981. Il est
descendu (octobre 1984) à moins de $ 350 après être remonté de $ 315 (juin 1982)
à $ 493 (février 1983).
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10 - 1985
I
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© Techniques de l’Ingénieur, traité Matériaux métalliques
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MÉTALLURGIE DE L’OR __________________________________________________________________________________________________________________
L’or est le métal noble par excellence et a été de tout temps reconnu comme
tel. Il doit cette qualité à ses propriétés [1] :
— physiques : l’or est le plus malléable et le plus ductile de tous les métaux, ce
qui permet son emploi en feuilles très minces ou en filaments de très faible
section (1 g d’or peut être étiré selon un fil de plusieurs kilomètres) ;
— mais surtout chimiques (symbole : Au ; numéro atomique : 79) : il est le
moins électropositif des métaux, du fait de la grande stabilité de l’unique électron
périphérique de son atome, électron fortement lié au noyau ; il en résulte une
tendance très marquée pour l’état métallique et une faible réactivité (il ne réagit
qu’avec des systèmes fortement oxydants ou complexants) ; il ne se rencontre
pas sous forme de composés ioniques, la liaison étant toujours covalente ; il n’est
attaqué qu’à chaud par les halogènes, mais dès la température ambiante par l’eau
régale, à la fois oxydante et complexante ; l’oxygène et le soufre sont sans action,
même à chaud ; les acides n’agissent que lorsque leur pouvoir oxydant est
suffisant ; il est ainsi pratiquement inoxydable et inaltérable dans des conditions
usuelles d’emploi.
L’or cristallise dans le système cubique à faces centrées de maille
a = 0,407 nm.
Ses principales caractéristiques sont résumées ci-après (on se reportera également au traité Constantes physico-chimiques) :
Masse atomique ............................................................................................. 197,2
Masse volumique à 20 oC.....................................................................19,3 g/cm3
Température de fusion .............................................................................1 063 oC
Enthalpie molaire de fusion ............................................................... 12,6 kJ/mol
Température d’ébullition ..........................................................................2 857 oC
Enthalpie molaire de vaporisation...................................................334,4 kJ/mol
Capacité thermique molaire à 20 oC............................................. 25,3 kJ/mol · K
Conductivité thermique à 20 oC ..................................................... 3,08 W/cm · K
Coefficient de dilatation linéique à 20 oC ...........................................14 × 10 –6 /K
Résistivité à 20 oC........................................................................ 2,3 × 10 –6 Ω · cm
Tension normale du système Au/Au+ .........................................................1,11 V
1. Minerais et gisements
1.1.3 Or associé à des minerais d’arsenic
ou d’antimoine
1.1 Principaux minerais
La présence de ces éléments rend le traitement encore plus difficile
et le processus classique (concentration, calcination, cyanuration)
peut conduire à de trop faibles rendements d’extraction pour
permettre une exploitation économique.
Les minerais d’or présentent deux caractéristiques générales.
D’une part, l’or y est pratiquement toujours présent sous sa forme
métallique, souvent allié à l’argent, mais rarement lié chimiquement aux éléments associés. D’autre part, les teneurs des minerais
exploités sont toujours très basses, dépassant rarement 10 g/ t.
Du point de vue de la métallurgie extractive, on classe les minerais en fonction des associations de l’or avec d’autres éléments,
d’où résulte la plus ou moins grande difficulté de son extraction.
1.1.1 Or libre
Lorsqu’il n’est pas inclus dans d’autres minéraux, l’or est particulièrement facile à extraire, par simple séparation gravimétrique,
amalgamation ou cyanuration directe.
1.1.4 Or associé à des minerais de cuivre,
de plomb ou de zinc
Ces minerais ne sont cités ici que pour mémoire, l’or étant un
sous-produit, parfois très important, des autres métaux. Les minerais
porphyriques de cuivre, extraits à très grande échelle, conduisent
à des productions d’or substantielles. Dans la métallurgie du cuivre,
l’or suit le cuivre jusqu’au raffinage électrolytique, où il est récupéré
dans les boues d’électrolyse (se reporter dans ce traité à l’article
Métallurgie du cuivre [M 2 240]).
1.2 Nature des gisements
1.1.2 Or associé à des sulfures de fer
Disséminé sous forme de très fines particules dans les cristaux
de pyrite ou de pyrrothine, son extraction nécessite un processus
déjà plus complexe, comportant en général une préconcentration
et une calcination des concentrés, suivies de cyanuration.
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On distingue les gisements primaires, de types volcanosédimentaires préorogéniques et plutono-volcaniques postorogéniques, et les gisements secondaires de types détritiques [2].
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Les gisements primaires sont d’une extrême diversité, chacun
d’eux constituant en fait un cas particulier dont le minerai
nécessite un traitement adapté.
Les gisements détritiques sont particulièrement importants. Métal
inaltérable, l’or peut être libéré lors de la destruction des roches
aurifères, puis transporté et concentré dans des sites privilégiés, les
placers. Ces phénomènes se sont produits à toutes les époques
géologiques. Le Witwatersrand, plus connu sous le nom de Rand,
serait un placer fossile. Il assure plus de la moitié de la production
actuelle et recèle environ la moitié des réserves recensées.
2. Concentration
et préparation des minerais
2.1 Méthodes gravimétriques
Nota : le lecteur porra se reporter aux articles Concentration gravimétrique [A 5 190],
Fragmentation. Généralités. Théorie [A 5 050], Technologie [A 5 060], Applications
[A 5 070] et la fiche documentaire [Doc. A 5 080] dans le traité Génie des procédés.
Lorsque l’or est libre dans le minerai et se présente sous forme
de particules assez grosses (> 75 µm), ces méthodes sont particulièrement simples et efficaces en raison de la masse volumique très
élevée du métal, et ont été utilisées dès l’antiquité sous leurs formes
archaïques : batées et sluices (couloirs de lavage en bois). Elles sont
encore utilisées artisanalement par les orpailleurs et restent, sous
leurs formes évoluées, largement utilisées lorsque les gisements s’y
prêtent, ce qui est notamment le cas pour les gisements alluvionnaires (placers ). Les appareils et dispositifs sont semblables à ceux
décrits pour la concentration des minerais d’étain (article Métallurgie
et recyclage de l’étain [M 2 314] dans ce traité). Peu coûteuses en
investissements et en frais d’exploitation, elles permettent, dans des
conditions favorables (gisements alluvionnaires), d’exploiter des
gisements à très faible teneur, de l’ordre de 1 g/m3.
Une laverie classique de ce type comporte essentiellement, après,
si nécessaire, une préparation mécanique adaptée au minerai
concerné (telle que concassage ou broyage pour libérer les particules
métalliques, débourbage pour séparer les particules très fines), des
appareils de criblage (tamis vibrants) visant à classer les produits
en deux ou trois fractions granulométriques qui alimentent chacune
les appareils de classification, généralement des bacs à piston ou
jigs adaptés et réglés en fonction de la taille des grains de cette
tranche granulométrique. Le coefficient de concentration est très
élevé et peut dépasser 1 000.
Dans le cas de gisements alluvionnaires, l’ensemble de l’installation peut être monté sur la drague d’extraction des alluvions et
livre directement un concentré métallique riche.
Dans le cas de gisements primaires à or libre, la concentration
gravimétrique constitue un premier traitement qui permet de récupérer la fraction de l’or libérée au concassage-broyage, de granulométrie suffisante pour être séparée par ce procédé. Étant donné la
valeur de l’or et les pertes inévitables entraînées par tout traitement
ultérieur, il faut en effet toujours récupérer l’or libre aussitôt que possible dans le processus d’extraction.
Lorsque l’or existe également sous formes de particules très fines,
on utilise toujours la vieille méthode qui consiste à faire circuler la
pulpe très lentement dans des couloirs tapissés de velours
(corduroy ) afin de provoquer une sédimentation à l’issue de laquelle
les paillettes d’or sont retenues sur le velours.
2.2 Flottation
Lorsque l’or est associé à des sulfures métalliques, la concentration du minerai par flottation est très généralement employée.
Il s’agit le plus souvent d’une flottation simple, visant à séparer
un concentré de sulfures enrichi en or et un stérile envoyé aux plages
de décantation.
Lorsque le minerai contient à la fois de l’or libre et de l’or associé
aux sulfures, la flottation sera conduite pour récupérer au mieux
dans les concentrés l’or libre et les sulfures.
Bien entendu, si la proportion d’or libre est importante, celui-ci
sera d’abord extrait par voie gravimétrique, dans la mesure où sa
granulométrie le permet (particules de dimension supérieure
à 75 µm).
2.3 Grillage
Dans le cas de nombreux minerais complexes, un grillage avant
récupération par extraction hydrométallurgique est essentiel pour
obtenir un taux d’extraction satisfaisant des métaux précieux.
Les types de minerais nécessitant un tel traitement sont notamment ceux qui contiennent de la pyrite, de la pyrrhotine, du mispickel,
de la stibine ou des sulfotellurures.
Le grillage vise essentiellement à obtenir un produit calciné plus
ou moins poreux, facilitant ainsi la mise en solution de l’or au
cours du traitement hydrométallurgique ultérieur.
Lors du grillage, une partie du soufre des sulfures est brûlée et
passe dans les gaz ainsi qu’une fraction notable d’autres constituants
volatils tels que l’arsenic, le bismuth, l’antimoine lorsqu’ils sont
présents dans le minerai. Les gaz seront traités pour séparer ces produits avant leur émission dans l’atmosphère.
Les fours de grillage les plus utilisés sont aujourd’hui les fours à
lits fluidisés. Les fours à soles multiples restent cependant préférés
chaque fois qu’il est nécessaire de contrôler très étroitement les
conditions de grillage.
3. Amalgamation
Le procédé d’amalgamation est fondé sur l’aptitude de l’or métallique à s’allier au mercure pour former des amalgames décomposables par distillation. Sous forme métallique, l’argent possède
également cette propriété et est extrait simultanément.
L’amalgamation est considérée en général comme un phénomène
de dissolution. En fait, si l’or est soluble dans le mercure et s’il peut
former avec ce dernier des composés définis, le procédé n’est applicable, en pratique, qu’en présence d’eau. La pénétration et la digestion de l’or (et de l’argent) par le mercure, qui requièrent certaines
conditions (propreté des surfaces métalliques, absence d’impuretés
nuisibles), sont facilitées par des actions superficielles, en particulier
par la tension superficielle interfaciale eau-mercure.
Largement employée dans le passé, l’amalgamation est devenue
une technique marginale mais reste parfois utilisée, lorsque la nature
du minerai le permet, pour extraire l’or libre en tête du schéma de
traitement, généralement après une première concentration gravimétrique [3].
Le concentré, additionné d’eau et de réactifs (cyanure, soude ou
chaux) est d’abord broyé pendant 14 à 16 h dans un tambour broyeur
cylindrique renfermant une charge réduite de boulets ou de barres
afin de libérer et de polir les particules d’or ; le mercure est ensuite
ajouté et le malaxage poursuivi durant 2 à 3 h à l’issue desquelles
l’amalgame produit est séparé de la pulpe dans un cône traversé
par un courant d’eau ascendant dont le débit est réglé pour que
l’amalgame, très dense (masse volumique : 15 g/cm3), se sépare du
minerai stérile plus léger (masse volumique : 2,6 g/cm3) entraîné par
le courant.
L’amalgame est enfin lavé puis distillé pour évaporer et récupérer
le mercure. Le résidu, essentiellement constitué d’or et d’argent, se
présente sous forme d’éponge, qui sera successivement fondue et
raffinée.
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4. Extraction
hydrométallurgique
Nota : le lecteur pourra se reporter à l’article Introduction à la métallurgie extractive
[M 2 230] dans ce traité.
4.1 Cyanuration classique
4.1.1 Principe
Le procédé est fondé sur l’action des cyanures alcalins sur l’or (et
l’argent) en présence d’oxygène qui conduit à la formation d’aurocyanure soluble [1].
La réaction, qui est globalement représentée par l’équation
d’Elsner :
2 Au + 4 NaCN + 1/2 O2 + H2O → 2 NaAu(CN)2 + 2 NaOH
comporte une oxydation de l’or.
La réaction entraîne la formation de soude. Il est d’ailleurs nécessaire d’opérer en milieu basique (pH plus grand que 10), pour éviter la décomposition du cyanure par l’acide carbonique présent
dans l’eau.
Les solutions de cyanures alcalins réagissent également sur
d’autres métaux. Pour limiter cette action, et compte tenu de l’affinité particulière de l’ion cyanure pour l’or, il faut utiliser des solutions très diluées (concentration en cyanure de l’ordre de 1 g/L) ;
on est limité dans cette voie par la difficulté de reprécipiter l’or
après dissolution. Pour la même raison, on évite le réchauffage des
liqueurs, qui augmente la vitesse de dissolution de l’or et de
l’argent, mais favorise parallèlement l’attaque des métaux
communs.
L’or (et l’argent) des solutions de cyanure peuvent être déplacés
par un métal plus électropositif tel que le zinc ou l’aluminium. On
effectue ce déplacement, en général, par de la poudre de zinc, introduite dans la solution préalablement filtrée, clarifiée et désaérée et
renfermant un léger excès de cyanure libre. La réaction, dite
cémentation, peut être globalement représentée par l’équation :
NaAu(CN)2 + 2 NaCN + Zn + H2O → Na2Zn(CN)4 + Au + 1/2 H2 + NaOH
L’or se dépose sur les grains de zinc formant le cément qui sera
séparé de la solution par filtration.
4.1.2 Traitement
Le traitement est généralement simple. Il comporte toujours : le
broyage humide du minerai, la dissolution proprement dite, la
séparation de la liqueur aurifère, la cémentation des métaux précieux, le traitement du précipité [3] [4] et le traitement des rejets.
Lorsqu’un grillage du minerai est nécessaire, il intervient entre
l’atelier de broyage et celui de dissolution.
4.1.2.1 Broyage humide du minerai
Il a pour objet de libérer l’or (et l’argent) et est souvent réalisé
en présence de cyanure (broyage cyanurant ) lorsqu’il n’est pas suivi
de flottation, afin d’assurer la dissolution de l’or dès sa libération.
Le broyage est effectué dans un broyeur à boulets qui exige une
alimentation relativement fine, obtenue si nécessaire par une
installation de concassage classique (articles Fragmentation. Généralités. Théorie [A 5 050], Technologie [A 5 060], Applications
[A 5 070] et la fiche documentaire [Doc. A 5 080] dans le traité Génie
des procédés).
Le broyeur est alimenté en eau et en cyanure à partir d’une cuve
de stockage. De la chaux est ajoutée en quantité nécessaire pour
maintenir le pH de la pulpe aux environs de 10,5.
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À la sortie, un classificateur sépare une pulpe de produits fins,
dirigée vers l’atelier de dissolution proprement dit, des produits
grossiers qui sont recyclés dans le broyeur.
4.1.2.2 Dissolution
La réaction de dissolution des métaux précieux par la solution de
cyanure (en général cyanure de sodium NaCN) est obtenue dans des
cuves de réaction dans lesquelles la pulpe est maintenue en suspension par un brassage mécanique et/ou pneumatique qui assure
également une répartition uniforme, dans cette pulpe, de l’air injecté,
de l’or et du cyanure.
La vitesse de réaction est faible et un temps de séjour prolongé
(24 à 48 h) est nécessaire pour obtenir un taux d’extraction satisfaisant. Il est atteint en faisant circuler la pulpe dans une série de
cuves de réaction, parfois séparées par un épaississage et une filtration, suivie d’un changement de solution, afin d’activer la dissolution, toujours plus lente en fin de circuit.
La consommation en cyanure de sodium (prix : 8,50 F/kg en
1984), variable avec la nature du minerai traité, peut aller de 1 à
10 kg par tonne de minerai tout-venant.
4.1.2.3 Séparation de la liqueur aurifère
Cette opération se fait par l’un des deux procédés suivants,
d’utilisation courante en hydrométallurgie :
— épaississage et filtration ;
— lavage à contre-courant.
C’est le premier qui est généralement employé en Afrique du Sud :
un épaississeur reçoit la pulpe de la dernière cuve de réaction et
sépare la liqueur riche, en trop-plein, des boues épaissies stériles
qui décantent et seront essorées et lavées sur un filtre à bande ou
à tambour avant d’être envoyées au dépôt à stériles.
Le second, surtout utilisé aux États-Unis, fait se rencontrer à
contre-courant, dans des décanteurs en série, la pulpe de la dernière
cuve de réaction et la liqueur appauvrie de l’étape de précipitation
qui se réenrichit ainsi aux dépens du minerai envoyé aux stériles,
avant d’être à nouveau envoyée à la section de précipitation.
4.1.2.4 Traitement des rejets
Les cyanures sont des produits dangereux dont il faut protéger
l’environnement. Les eaux de procédé sont recyclées, de même
que les eaux ayant pu être polluées par les dépôts de rejets.
En climat chaud ou tempéré, les traces de cyanures présentes dans
les rejets se dénaturent spontanément très rapidement, par
décomposition en acide carbonique et ammoniac. Cette réaction est
facilitée par la présence d’agents oxydants et catalysée par les rayons
ultraviolets. L’un ou l’autre de ces procédés sera utilisé en zone
climatique défavorable [4].
4.1.2.5 Cémentation des métaux précieux
La cémentation, par la poudre de zinc, des métaux précieux de
la solution cyanurée n’est rapide et complète que si celle-ci a été
préalablement clarifiée et désaérée.
Le procédé Merrill-Crowe, universellement adopté, comporte :
— une clarification (en cadres ou bacs filtrants), suivie d’une
désaération dans une tour sous vide ;
— la cémentation proprement dite dans un bac alimenté par la
liqueur claire et la poudre de zinc ; une pompe refoule le mélange
dans le bac au travers d’un milieu filtrant (presses, poches, etc.) qui
retient le précipité ; celui-ci sera recueilli périodiquement, séché et
échantillonné.
Il est essentiel, pour obtenir une bonne précipitation, que la solution contienne assez de cyanure libre pour dissoudre la quantité
nécessaire de zinc et pour maintenir en solution les complexes
formés lors de cette dissolution. On obtient généralement ce résultat
par addition de cyanure concentré à l’émulsion de poudre de zinc
avant son introduction dans le compartiment de précipitation.
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Pour certains minerais, on constate, dans la solution, la présence
de très fines particules argileuses colloïdales ou de matières organiques ne pouvant être éliminées économiquement lors de la
clarification. On utilise, dans ce cas, le procédé d’adsorption par le
charbon actif décrit ci-après (§ 4.2.2).
4.1.2.6 Traitement du cément
La composition du cément obtenu dépend de la nature du minerai
traité. Elle est souvent extrêmement complexe et varie beaucoup
d’une exploitation à l’autre. Le traitement devra être adapté à chaque
cas particulier et aucune règle générale ne peut être établie.
Outre l’or, l’argent et le zinc qui sont ses constituants principaux,
un cément de cyanuration contient également du cuivre, du plomb,
du fer, de l’alumine, de la chaux, de la silice, parfois du soufre, du
bismuth et de l’arsenic.
Selon la teneur en métaux précieux et la nature des impuretés,
on procédera par :
— fusion directe ;
— grillage et fusion ;
— addition de nitrate de sodium, grillage et fusion ;
— traitement acide et fusion ;
— traitement acide, grillage et fusion ;
— grillage, traitement acide et fusion ;
— addition de litharge (PbO), fusion et coupellation.
Le traitement acide, effectué à l’acide sulfurique dilué, vise à éliminer la plus grande partie du zinc et des impuretés solubles.
Le nitrate de sodium agit comme oxydant pour le zinc afin d’éviter
l’évaporation de celui-ci lors de fusion et les pertes par entraînement
consécutives.
La fusion est faite dans un four à creuset de graphite, après
addition de fondants (borax, silice, carbonate de sodium, oxyde de
manganèse) choisis en fonction de la composition du cément et du
prétraitement qu’il a subi.
Enfin, le procédé de fusion et coupellation, après addition de
litharge, utilise le même principe que celui de la méthode d’analyse
classique de l’or et nécessite une main-d’œuvre très qualifiée.
Quel que soit le traitement mis en œuvre, on obtient finalement
un lingot doré qui contient encore, outre les métaux précieux,
quelques impuretés (jusqu’à 5 %) essentiellement métalliques, et
qu’il faudra affiner pour éliminer celles-ci et séparer l’or (et l’argent).
4.2 Autres procédés
4.2.1 Lixiviation en tas (heap leaching )
Ce procédé a commencé à se développer massivement aux
États-Unis en raison à la fois de la hausse du cours des métaux précieux et des progrès de l’adsorption sur charbon actif. Il consiste à
disposer convenablement des tas de minerai allant de plusieurs milliers à un million de tonnes sur une aire imperméable, à les arroser
de solution cyanurée pour en dissoudre par percolation l’or (et
l’argent) et à recueillir la solution riche à la base du tas. Celle-ci est
ensuite mise en contact soit avec du charbon activé dans des
colonnes ou des agitateurs, soit avec du zinc dans un atelier
Merrill-Crowe (§ 4.1.2.5) pour l’appauvrir de ses métaux précieux par
adsorption ou cémentation et recyclée finalement sur les tas. Ce recyclage est répété jusqu’à ce que la teneur du minerai atteigne son
minimum déterminé par la pratique. La durée de lixiviation va de
quelques semaines à plusieurs mois et le rendement d’extraction
de 40 à 85 % sur des minerais allant de 8 g/t à moins de 1 g/t d’or.
Les conditions essentielles à respecter pour le minerai sont que
l’or (non inclu dans les sulfures massifs et réducteurs) soit libéré
dans du minerai d’une bonne porosité et que la proportion de parties fines inférieures à 150 µm soit faible (moins de 10 %) ; lors de
la construction du tas, il faut éviter la ségrégation des particules
fines et des grossières, qui entraverait la circulation uniforme de la
liqueur cyanurée. Si la proportion de parties fines est supérieure à
10 %, leur agglomération avec les particules grossières ou leur
boulettage, par humidification, ajout de chaux vive ou de ciment,
assure l’homogénéisation du tas.
Le succès de cette technique provient de sa simplicité et de son
faible coût d’investissement comparés aux procédés classiques : on
a évalué aux États-Unis que, si l’investissement nécessaire pour
traiter 2 500 t par jour par ceux-ci était de 100, il n’était plus que de 25
pour la lixiviation en tas ; pour les coûts opératoires, on passerait
de 100 à 44.
Ce procédé est principalement applicable au traitement de minerai exploitable à ciel ouvert et à faible coût d’extraction, à celui de
rejets d’anciennes laveries ou de stériles d’anciennes mines.
4.2.2 Adsorption par le charbon actif
(carbon in pulp )
Dans ce procédé, l’extraction de l’or (et de l’argent) d’une pulpe
ou d’une solution est fondée sur l’adsorption sélective et préférentielle de ces métaux sur et dans les particules poreuses de charbon
actif. Une tonne de charbon peut adsorber jusqu’à 70 kg d’or.
Bien que cette action soit également mise en œuvre sur une pulpe
ou une solution cyanurée, le procédé, qui doit être considéré comme
original, s’écarte dans son principe de celui de la cyanuration classique par l’absence des étapes de séparation solide-liquide (filtration
- clarification) et de désaération et par le fait que le charbon, agent
du dépôt, est recyclable [4].
L’opération se fait sur la pulpe cyanurée et finement criblée
(100 µm) dans une série de bacs agités opérant à contre-courant ;
le temps de contact charbon/pulpe nécessaire est de l’ordre de 1 h,
le temps de séjour du charbon est de plusieurs jours. On utilise du
charbon actif, généralement fabriqué à partir de coques de noix de
coco, en grains de 2 à 3 mm, qui doivent être assez résistants à l’abrasion pour subir sans dommage l’ensemble des transferts. Le charbon
chargé d’or (et d’argent) sera, en effet, récupéré en fin de circuit par
air lift et criblage ou par flottation.
Il reste, ensuite, à extraire les métaux précieux du charbon et à
réactiver celui-ci pour réemploi. La première opération peut être
réalisée par percolation à chaud (70 oC) d’une solution de soude
(1 à 2 % en masse) et d’alcool (10 à 20 %), suivie de son électrolyse, dépôt sur cathode de laine de fer et fusion de celle-ci. La réactivation des grains de charbon est obtenue par chauffage, à l’abri
de l’air, à une température de 600 à 750 oC afin d’éliminer les
contaminants organiques et de recréer une nouvelle surface active.
Comparée à une cyanuration classique, la plus grande simplicité
des opérations unitaires et la disparition de deux des plus délicates
d’entre elles permettraient, selon la même estimation que précédemment (§ 4.2.1), de réduire, pour une installation traitant 10 à 20 kg
d’or par jour, l’investissement de 35 % et les coûts opératoires
de 25 %.
4.2.3 Complexation par la thio-urée
Certains minerais restent réfractaires à la cyanuration, en raison
des rendements d’extraction inacceptables qui peuvent être obtenus malgré les soins apportés à leur préparation avant l’attaque au
cyanure.
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MÉTALLURGIE DE L’OR __________________________________________________________________________________________________________________
On a donc recherché d’autres complexants de l’or permettant le
traitement de tels minerais.
Parmi ceux-ci, la thio-urée a fait l’objet d’études approfondies et
de nombreux essais, notamment en vue du traitement de minerais
riches en soufre et en arsenic et réfractaires à la cyanuration [4].
4.2.3.1 Principe
En milieu acide, la thio-urée forme avec l’or un complexe soluble,
selon l’équation :
+
Au + 2 CS ( NH 2 ) 2 ! Au CS ( NH 2 ) 2 2 + e –
Si la solution contient des ions ferriques, la réaction d’oxydation
nécessaire pour déplacer l’équilibre vers la droite est donnée par
le couple Fe+3 / Fe+2 :
Fe +3 + e – ! Fe +2
L’équation globale est alors :
+
Au + Fe +3 + 2 CS ( NH 2 ) 2 ! Au CS ( NH 2 ) 2 2 + Fe +2
La réaction est sensible au pH de la solution, qui doit être maintenu
voisin de 1, et très sensible au potentiel d’oxydoréduction qui doit
être parfaitement contrôlé.
L’or (et l’argent) de la solution est ensuite déplacé par cémentation sur l’aluminium en poudre très fine, avec toutes les précautions d’emploi que ce métal nécessite dans cet état (inflammabilité
spontanée à l’air et danger d’explosion) (article Combustion des
métaux, prévention et lutte [M 580] dans le présent traité).
4.2.3.2 Traitement
De même que pour un traitement par cyanuration, le minerai
doit subir une préparation permettant, lors de l’attaque dissolvante, de mettre en contact les particules d’or avec la solution de
thio-urée.
Voici, à titre d’exemple , un schéma de traitement étudié pour un
minerai sulfuré et arsenié réfractaire (figure 1).
Après une préparation mécanique, le minerai concassé est soigneusement homogénéisé et échantillonné, puis enrichi par flottation simple
qui sépare les sulfures, entraînant l’or, de produits stériles envoyés aux
plages de dépôts. Les concentrés subissent ensuite successivement
deux grillages : le premier en milieu réducteur, visant d’une part à
éliminer l’arsenic, qui sera récupéré dans le circuit des gaz sous forme
d’anhydride arsénieux, d’autre part à conférer au produit calciné une
porosité convenable au traitement ultérieur ; le second en milieu
oxydant dans le but de brûler la plus grande proportion possible de
soufre dont l’oxyde alimentera une usine d’acide sulfurique. Le produit
calciné est mis en pulpe en milieu acide sulfurique afin d’éliminer
diverses impuretés. La pulpe est filtrée et le gâteau solide, qui contient
les métaux précieux, est remis en pulpe en solution acide de thio-urée
(concentration en thio-urée de l’ordre de 20 g/L). Celle-ci complexe l’or
et l’argent qui passent en solution. La réaction est relativement rapide
et ne nécessite qu’un temps de séjour d’environ 1 h. Après séparation,
par filtration et lavage des résidus solides, les métaux précieux sont
précipités sur de la poudre d’aluminium très fine (30 µm).
La consommation de thio-urée (prix : 10,40 F/kg en 1984) dépend
naturellement du minerai traité. Dans le cas évoqué ci-dessus, elle
serait de 4 à 5 kg par tonne de minerai calciné traité, ce qui correspond
à 1 à 2 kg par tonne de minerai tout-venant.
Figure 1 – Procédé de cyanuration : schéma simplifié dans le cas des minerais sulfurés et arséniés
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5. Affinage
5.2 Affinage électrolytique
L’affinage consiste, à partir du doré (lingot impur d’or et
d’argent), à séparer les métaux précieux et à les purifier pour obtenir les titres commerciaux. Des méthodes analogues s’appliquent
pour traiter des déchets de métaux précieux ou des produits riches
tels que les boues du raffinage électrolytique du cuivre (article
Métallurgie du cuivre [M 2 240] dans cette rubrique).
La composition du produit à affiner et la nature des impuretés
jouent un rôle essentiel dans le choix du procédé à adopter, parmi
les trois méthodes classiques de séparation succinctement décrites
ci-après.
Une méthode, par double électrolyse, utilisée pour le traitement
des boues du raffinage électrolytique du cuivre est décrite dans
l’article Métallurgie du cuivre [M 2 240], précédemment cité.
Un procédé électrolytique est également utilisé pour obtenir de
l’or à très haute pureté, en particulier lorsque le métal contient des
traces de métaux de la famille du platine, qui ne sont pas éliminées
par le chlore [6]. L’électrolyte est une solution de chlorure d’or HAuCl4
obtenue en dissolvant de l’or métallique dans l’acide chlorhydrique
en présence de chlore gazeux, à 70 oC. On opère dans des cellules
de céramique. Les anodes sont constituées par le métal à purifier,
l’or fin se déposant sur la cathode, préparée avec du métal pur. On
opère sous 0,5 à 0,7 V, avec une densité de courant anodique de
l’ordre de 600 A/m2. On peut ainsi produire de l’or à 999,9/1 000 à
partir de métal contenant jusqu’à 1,5 % d’argent.
5.1 Séparation par le chlore
(procédé Miller)
Le doré est fondu et traité à 1 150 oC par du chlore injecté dans
le métal en fusion par des tubes de céramique qui plongent dans
le bain. À cette température le chlore attaque successivement les
impuretés métalliques et l’argent. Le fer, le plomb et le zinc
s’éliminent d’abord sous forme de chlorures gazeux qui seront
condensés et retraités pour récupérer les traces d’or entraînées. Le
cuivre et l’argent réagissent ensuite et donnent des chlorures
liquides qui sont séparés par gravité et recueillis pour en extraire
l’argent et les traces d’or [6].
En fin d’opération, que le savoir-faire de l’opérateur permet
d’apprécier de façon assez précise, on détermine la teneur résiduelle
en argent sur un échantillon par fluorescence X et l’injection de
chlore est arrêtée dès que cette teneur est inférieure à 0,35 %.
L’or affiné, de titre supérieur à 995/1 000, est généralement coulé
en barres de 12,5 kg. Le procédé permet, techniquement, de produire
de l’or à plus haut titre, jusqu’à 999,9/1 000, mais dans des conditions
peu économiques.
5.3 Procédé acide
La méthode est analogue à celle utilisée pour l’analyse de l’or (et
de l’argent) dans le procédé de coupellation lorsque l’on sépare ces
deux métaux par inquartation, et consiste à dissoudre l’argent par
un acide sans attaquer l’or, mais, en affinage industriel, on utilise
pour le faire de l’acide sulfurique au lieu de l’acide nitrique.
Après un premier traitement du produit à l’acide chlorhydrique,
pour éliminer les métaux communs, on l’attaque à l’acide sulfurique
bouillant qui dissout l’argent, lequel sera ultérieurement précipité
sous forme de chlorure, l’or restant inattaqué. L’opération sera
réussie si celui-ci reste dans le bac sous forme d’éponge et ne se
désagrège pas en fines particules qui seraient entraînées : cela
dépend de la composition du métal à affiner. La méthode n’est donc
pas générale (le terme ancien inquartation vient d’ailleurs du fait
qu’une proportion voisine de 1/4 d’or et 3/4 d’argent est nécessaire
pour obtenir un bon résultat).
Références bibliographiques
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[2]
[3]
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(1954).
BACHE (J.J.). – Essai de typologie quantitative
des gisements mondiaux d’or. BRGM (1982).
DORR (J.V.N.) et BOSQUI (F.L.). – Cyanidation
and concentration of gold and silver ores.
McGraw-Hill (1950).
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silver recovery innovations. Rapport multiclients (1981).
KING (A.). – Gold metallurgy on the Witwatersrand. Johannesburg, Transvaal Chamber of
Mines (1949).
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Africa. Johannesburg, Chamber of Mines of
South Africa (1972).
LEPIDI (J.). – L’or. Que sais-je ? PUF (1979).
MOHIDE (T.P.). – Gold. Toronto, Ministry of
Natural Resources (1981).
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