L'HYDROMETALLURGIE

• L'Hydrométallurgie - Procédé PAL
• Historique
• Développement - la 4e génération du PAL
• Le procédé étapes par étapes
• Le traitement des résidus
• Résidus liquides
• Résidus solides
• Les étapes du procédé en schéma

Inco est un leader à l'échelle mondiale en recherche et développement dans l'industrie minière. Depuis près de 100 ans, Inco utilise de nouvelles technologies ou perfectionne celles existantes pour améliorer ses techniques d'extraction minière, sa technologie de procédés, sa production et ses produits.

Les recherches d'Inco visent principalement deux objectifs :

• L'obtention d'un rendement élevé
• Une performance environnementale supérieure

Le développement de son procédé hydrométallurgique PAL s'inscrit dans cette quête d'amélioration continue.

L'Hydrométallurgie - Procédé PAL

L'hydrométallurgie est un procédé métallurgique par lequel des métaux sont extraits d'un minerai, au moyen de réactifs chimiques, dans un milieu à haute température et sous pression, puis séparés pour produire un concentré ou un produit intermédiaire.

L'hydrométallurgie récupère un plus haut pourcentage du métal contenu dans le minerai, est plus respectueuse de l'environnement, et utilise moins d'énergie que le traitement pyrométallurgique.

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Historique

L'hydrométallurgie en elle-même n'est pas nouvelle. Elle est utilisée depuis le début du 20e siècle pour le zinc, le cuivre et l'aluminium. Mais ce n'est que dans les années 50 qu'un procédé hydrométallurgique à l'acide a été développé pour traiter des minerais latéritiques de nickel. La première usine a été celle de MoaBay à Cuba. Des projets ont ensuite été menés en Australie, entre la fin des années 90 et le début des années 2000, dont celui de Murin Murin.

Développement - la 4e génération du PAL

L'usine de Vale Inco Nouvelle-Calédonie fonctionnera par lixiviation à l'acide sous pression (Pressure Acid Leaching ou PAL). Il s'agit de la quatrième génération du procédé: une technique qui a été perfectionnée par les ingénieurs d'Inco pour être plus performante que les techniques utilisées dans les précédents projets hydrométallurgiques.

Premières recherches

Inco a démarré la recherche pour le développement de son procédé PAL (ou lixiviation à l'acide sous pression) en 1990. Le travail en laboratoire a commencé en 1993, avec du minerai extrait du plateau de Goro et une première mini usine pilote a été construite l'année suivante. Après dix campagnes majeures effectuées dans cette mini usine pilote, Inco a poursuivi ses essais sur certaines phases du procédé, considérées comme critiques et a construit puis exploité, entre 1997 et 1998, une installation pilote à l'échelle 1/3000ième, dans son usine de Port Colborne au Canada.

Vers l'usine commerciale

Compte tenu des résultats positifs de ces essais, Inco a décidé de former une nouvelle société en Nouvelle-Calédonie et de construire une usine pilote intégrée de plus grande taille (1/1000ième) sur le site même du plateau de Goro. Vale Inco Nouvelle-Calédonie était née.

Parallèlement, soit en 1998, la construction de trois exploitations commerciales de nickel démarrait en Australie occidentale, dont celle de Murin-Murin, toutes utilisant le procédé PAL. Ces projets australiens ont malheureusement connu une série de problèmes techniques dont Inco a su tirer parti pour améliorer l'ingénierie de son propre procédé. Inco a ainsi opté pour une technologie par phases permettant l'identification et la solution des problèmes techniques au fur et à mesure qu'ils se manifestent, tout en raffinant et optimisant le procédé hydrométallurgie, en vue de la future usine commerciale.

La construction de l'usine pilote, dont le design a été enrichi par l'expérience australienne, s'est achevée fin 1999. Son exploitation sur deux ans a confirmé que le procédé PAL désormais maîtrisé par Inco était en mesure de fonctionner de façon économique à l'échelle commerciale pour traiter le minerai du plateau de Goro. Inco a alors pris la décision de construire une usine commerciale.

Construction

La construction de l'usine commerciale a démarré en 2002 mais a dû être suspendue quelques mois plus tard, d'importants dépassements de budgets étant prévus. Le projet a été revu et la construction a repris au début de 2005. L'exploitation devrait démarrer progressivement en 2008.

Le procédé étapes par étapes

Le procédé consiste essentiellement à faire subir différents traitements au minerai réduit en pulpe par l'ajout d'eau, en utilisant une solution d'acide pour en extraire du nickel, transformé en oxyde de nickel et du cobalt, transformé en carbonate de cobalt.

ETAPE 1 - PREPARATION DU MINERAI - Mise en pulpe

L'unité de préparation du minerai est située tout près de la mine. Les minerais de latérite (limonite) et de saprolite (garniérite) sont mélangés avec de l'eau, criblés et broyés pour former une boue, appelée pulpe. Cette pulpe est acheminée vers l'usine de traitement par un tuyau.

ETAPE 2 - LIXIVIATION

Le minerai mis en pulpe est préchauffé à la vapeur et injecté en continu dans un autoclave avec de l'acide sulfurique. La lixiviation revient à "laver" le minerai avec de l'acide sulfurique. Le rôle de l'acide est de dissoudre certains métaux qui sont ainsi extraits du minerai solide et transférés dans la solution liquide. La haute température dans l'autoclave (270 °C) permet d'accélérer cette extraction et donc de pouvoir traiter une plus grande quantité de minerai dans un petit autoclave. En contrepartie, cette haute température exige d'opérer sous haute pression afin d'empêcher le liquide de bouillir.

La pulpe "lixiviée" qui est ainsi obtenue contient des solides (principalement de l'oxyde de fer) et une solution liquide où se retrouvent les métaux dissous dont le nickel et le cobalt mais aussi d'autres métaux non récupérables pour l'exploitation (magnésium, aluminium, chrome, zinc, cuivre…). Cette pulpe est alors refroidie et dépressurisée. Cette opération génère de la vapeur qui est recyclée en amont, dans le circuit de chauffage de la pulpe, avant son injection dans l'autoclave.

ETAPE 3 - DECANTATION A CONTRE-COURANT

La pulpe lixiviée et refroidie passe par un circuit de décantation qui vise à séparer et à laver les résidus solides de la solution liquide appelée « liqueur mère». En d'autres mots, les solides se déposent au fond du décanteur d'où ils sont pompés (la sous-verse) alors que le liquide est recueilli par débordement (la surverse).

Pour bien laver les solides, l'opération est répétée six fois dans six décanteurs successifs. A la fin de l'opération, la liqueur-mère a récupéré 98% du nickel et du cobalt contenu dans la pulpe lixiviée. Les solides sont envoyés sous forme de pâte épaisse à l'unité de traitement des résidus solides afin d'y être neutralisés.

ETAPE 4 - NEUTRALISATION PARTIELLE

La liqueur-mère ne contient pas que du cobalt et du nickel, mais également d'autres métaux, présents à l'origine dans le minerai (aluminium, fer, chrome, zinc, silice, cuivre et manganèse), considérés comme des impuretés (puisque non destinés à être récupérés et traités) ainsi que l'acide sulfurique non consommé au cours de la lixiviation. L'acide et une partie des impuretés métalliques sont éliminés par l'ajout de calcaire et de chaux pour former du gypse solide (plâtre), séparé de la solution par des opérations de décantation et de filtration.

Le gypse et les hydroxydes de métaux forment une pâte épaisse qui est envoyée vers l'usine de traitement des rejets. Le cuivre sera éliminé par précipitation puis par absorption dans un circuit d'échanges d'ions pour en éliminer les dernières traces. Il est à son tour dirigé vers l'usine de traitement des rejets.

ETAPE 5 - EXTRACTIONS PAR SOLVANT

La liqueur-mère a été débarrassée de l'aluminium, du fer, du chrome, de la silice et du cuivre, mais elle contient encore, en plus du nickel et du cobalt, du zinc et du manganèse, ainsi que du magnésium et du calcium, constituants majeurs du calcaire et de la chaux utilisés pour neutraliser l'acide.

Elle est injectée dans un premier circuit d'extraction où un solvant organique capture le nickel, le cobalt et le zinc, laissant dans la liqueur le manganèse, le magnésium et le calcium. Cette solution est envoyée à l'unité de traitement des résidus liquides. Une seconde extraction, au contact d'une petite quantité d'acide chlorhydrique, libère le nickel, le cobalt et le zinc. Cette solution, d'un volume de 20 à 30 fois moindre que la liqueur-mère, donne un concentré de chlorures de nickel, cobalt et zinc. Le solvant, débarrassé des trois métaux est réintroduit dans le cycle d'extraction.

Un passage à travers une résine sélective, permet de retenir le zinc. On obtient enfin une solution chlorhydrique concentrée et purifiée de nickel et de cobalt. Le dernier volet de cette étape consiste à séparer le cobalt du nickel, grâce à un autre circuit d'extraction par solvant qui n'extrait que le cobalt. Deux solutions pures sont ainsi créées : une de chlorure de nickel et une de chlorure de cobalt. Le solvant, débarrassé du nickel, du cobalt et du zinc est alors disponible pour un nouveau cycle d'extraction – restitution en circuit fermé.

ETAPE 6 - PRODUITS FINIS

La solution de chlorure de nickel est traitée dans un four à lit fluidisé, chauffé à haute température (800°C) par la combustion d'un mélange d'air et de gaz naturel. Le chlorure de nickel est alors décomposé en oxyde de nickel et acide chlorhydrique qui est reconstitué et recyclé pour le processus d'extraction.

Les particules d'oxyde de nickel ainsi formées se présentent sous la forme de granulés sphériques, constitués de couches successives, un peu comme des perles, ce qui donne de petites billes grises, rondes et solides. L'acide chlorhydrique est recyclé à la première étape d'extraction par solvant.

Le chlorure de cobalt est neutralisé par l'ajout de carbonate de sodium (soude) pour former une pulpe de cristaux de carbonate de cobalt, récupéré après décantation et filtration sous forme d'un gateau de couleur pourpre.

Fiche Produit NiO

Fiche Produit COCO3

ETAPE 7 - NEUTRALISATION FINALE - Le traitement des résidus

Le traitement des résidus

Tout au long du procédé, malgré le recyclage d'une partie des rejets du procédé, des solutions liquides contenant différentes "impuretés" métalliques et des résidus solides sont produits. Les rejets liquides et solides sont acheminés séparément vers leur propre unité de traitement pour une neutralisation finale.

Cette étape consiste à neutraliser les acides (sulfurique et chlorhydrique) et à précipiter les métaux encore dissous en quantités minimes dans la solution afin d'abaisser leur concentration sous le niveau acceptable pour l'environnement, tel que dicté par la réglementation.

Résidus liquides

Une partie de l'acide chlorhydrique non recyclé dans le procédé et l'acide sulfurique restant à la fin du procédé doivent être neutralisés par l'ajout de pulpe de calcaire et de chaux pour donner principalement du gypse (plâtre). Les métaux précipités au cours de la neutralisation rejoignent la pâte de résidus solides qui est neutralisée à son tour.

La composition du rejet liquide, ainsi débarrassé des acides et des résidus solides, est proche de celle du milieu marin : l'acidité (pH) et la concentration en éléments chimiques et métalliques (calcium, magnésium, chlorure, sodium sulfate) y sont comparables.

Cette eau "minéralisée", appelée effluent marin, est rejetée en mer par un tuyau diffuseur. Il s'agit d'un tuyau de 5 kilomètres dont le dernier kilomètre est muni de trous pour permettre à l'effluent d'être dispersé graduellement et de se diluer ainsi rapidement dans l'eau de mer. Le fort courant de la Havannah où se fait la diffusion contribue aussi à une dilution rapide. A quelques mètres du diffuseur, il ne sera plus possible de détecter de différences entre l'eau rejetée et celle du lagon.

Résidus solides

Les résidus solides sont neutralisés de la même façon que les résidus liquides, par l'ajout de chaux et de calcaire. Il reste alors une pâte contenant des métaux dans des quantités équivalentes à celles présentes dans le minerai naturel, avant le traitement. S'y est ajouté le gypse provenant de la neutralisation. On appelle aussi cette pâte le résidu minier épaissi.

Les étapes du procédé en schéma

• 1. Lixiviation

 

• 2. Décantation à contre courant

 

• 3. Neutralisation partielle

 

• 4. Extraction par solvant

 

• 5. Production des produits finis

 

• 6. Neutralisation finale -traitement des résidus

Il est prévu que ce résidu minier neutralisé serve à combler les fosses minières au fur et à mesure de l'exploitation, pour les recouvrir ensuite de latérite non utilisée et de terre végétale et procéder à la réhabilitation végétale.

Pour la première fosse, il a cependant fallu trouver un endroit pour stocker les résidus, aucune fosse n'étant disponible pour les accueillir.