Amélioration de la récupération des métaux précieux grâce à des procédés avancés de chloration humide

Innovations avancées et durables dans la récupération des métaux précieux

Les boues anodiques de cuivre renferment une immense richesse en or et en argent, mais leur récupération par chloration humide exige un équilibre délicat entre précision chimique et rigueur environnementale. Les boues anodiques de cuivre renferment une immense richesse en or et en argent, mais leur récupération par chloration humide exige un équilibre délicat entre précision chimique et rigueur environnementale. Un procédé entièrement hydrométallurgique a été développé pour récupérer l’or, l’argent, les métaux du groupe du platine et d’autres sous-produits à partir de ces résidus d’électroraffinage du cuivre.

Cet article présente des avancées durables dans le traitement des boues, en se concentrant plus particulièrement sur l’optimisation de la lixiviation des métaux précieux et du sélénium. Grâce à une surveillance continue et en ligne du potentiel d’oxydoréduction (ORP), les exploitations peuvent déterminer le point final exact de la réaction de lixiviation. Cette précision permet de réduire considérablement l’utilisation de réactifs coûteux, d’augmenter les rendements et d’améliorer l’efficacité globale.

Figure 1 : Diagramme de flux des matériaux du traitement des boues dans l'usine de métaux précieux ; chloration humide minière

Récupération stratégique des ressources et métallurgie durable

Le développement durable est devenu une dimension intégrante du traitement moderne des minerais. Pour rester compétentes, les entreprises minières doivent se concentrer sur la maximisation de la récupération des ressources et sur l’adoption de progrès technologiques qui améliorent la rentabilité, la sécurité et l’efficacité opérationnelle. Un domaine clé de cette amélioration est le traitement des boues anodiques de cuivre — la matière insoluble libérée lors de l’électroraffinage. Ces boues constituent un mélange complexe de cuivre, d’or, d’argent, de sélénium, de tellure et de métaux du groupe du platine. Les méthodes traditionnelles de récupération sont remplacées par des voies hydrométallurgiques avancées, telles que la chloration humide, qui offrent une alternative plus sûre et plus précise au chlore gazeux élémentaire.

Cet article décrit la chimie du procédé et les innovations techniques, développées par le Dr Shijie Wang à la raffinerie de cuivre Rio Tinto Kennecott, qui permettent une opération de lixiviation de l’or plus sobre et plus productive.

Figure 1 : Diagramme de flux des matériaux du traitement des boues dans l'usine de métaux précieux

Principes de l’hydrométallurgie durable

Le traitement moderne des minerais est défini par la quête de la « récupération totale des ressources ». Au-delà de la production primaire de cuivre, la capacité à isoler efficacement des éléments à forte valeur ajoutée comme l’or et le sélénium détermine la rentabilité à long terme ainsi que l’empreinte environnementale d’une raffinerie. Dans ce contexte, le développement durable met l’accent sur :

Optimisation de la valeur des ressources

Capturer les PGM traces et le sélénium qui étaient auparavant perdus dans les résidus.

Efficacité opérationnelle

Éliminer les goulots d’étranglement tels que la formation de mousse dans les cuves et la surchloration.

Sécurité et gestion responsable

Utilisation d'alternatives oxydantes plus sûres et réduction des effluents chimiques.

Schéma de procédé des boues d’anode

Dans le procédé d’électroraffinage, des matériaux insolubles — des boues anodiques — s’accumulent au fond des cellules. Ces boues contiennent des concentrations variables d’Au, d’Ag, de Se, de Te, de Pb et de PGM. Un circuit de récupération moderne et optimisé suit généralement les étapes suivantes :

Épaississement et filtration

Les boues sont recueillies sous forme de suspension, épaissies et filtrées afin de récupérer l'électrolyte.

Décuivrage

Les boues sont lixiviées avec de l’acide sulfurique et de l’oxygène dans des autoclaves afin d’éliminer le cuivre.

Chloration humide

Étape centrale au cours de laquelle l’or et le sélénium sont solubilisés.

Extraction par solvant

L’or est isolé à l’aide d’extractants organiques (par ex. le carbitol dibutylique) puis réduit.

Traitement du résidu

Lixiviation finale à l’ammoniaque aqueuse ou au carbonate de sodium pour récupérer le plomb et l’argent.

La chloration humide est privilégiée pour les boues présentant des rapports or/argent élevés. Ce procédé utilise l’ajout dosé de peroxyde d’hydrogène (H₂O) dans une boue agitée de boues en acide chlorhydrique (HCl).

Le milieu réactionnel oxyde et solubilise l’or et le sélénium tout en transformant les sulfates de plomb en chlorures. Toutefois, des réactions secondaires peuvent entraîner la décomposition catalytique des réactifs si elles ne sont pas surveillées de près. Les principales réactions chimiques comprennent :

Conversion du sulfate de plomb en chlorure de plomb : PbSO₄ + 2HCl → PbCl₂ + H₂SO₄

Oxydation et solubilisation du séléniure d’argent : Ag₂Se + 2HCl + 3H₂O₂ → H₂SeO₃ + 2AgCl + 3H₂O

Chloration du métal or : 2Au + 8HCl + 3H₂O₂ → 2HAuCl₄ + 6H₂O

Génération de chlore à partir du peroxyde d’hydrogène et de l’acide chlorhydrique : 2HCl + H₂O2 → Cl2 + 2H₂O

Décomposition du peroxyde d’hydrogène en oxygène et en eau: H₂O₂ → ½ O₂ + H₂O

Pour éviter les goulots d’étranglement opérationnels, comme une mousse rapide (souvent causée par le dégagement d’oxygène dans la réaction 5), et pour minimiser la production de chlore gazeux, le dosage des réactifs doit être soigneusement contrôlé à partir de données en temps réel.

Figure 2 : Diagramme de contrôle du procédé de chloration humide

L’étape de chloration humide constitue le principal levier de création de valeur de l’usine de métaux précieux. Comme la réaction est fortement exothermique et sujette à un dégagement rapide de gaz, un échantillonnage manuel est insuffisant pour garantir la sécurité et l’efficacité. Un contrôle précis est nécessaire pour éviter deux extrêmes : une lixiviation insuffisante, qui laisse de l’or de grande valeur dans le résidu solide, et une chloration excessive, qui entraîne des coûts de réactifs trop élevés ainsi que la production de chlore gazeux dangereux.

La surveillance de l’ORP fournit un indicateur continu, en temps réel, de l’état oxydatif de la solution. Dans un environnement de chloration, la « force oxydante » est directement corrélée à la concentration d’oxydants dissous et à l’avancement de la dissolution du métal.

La mesure est effectuée à l’aide d’une sonde combinée pH/ORP. Tandis que l’électrode de verre pH surveille l’acidité, l’électrode de mesure en platine (Pt) agit comme donneur ou accepteur d’électrons.

Dans un milieu oxydant, la solution « attire » les électrons du platine, créant un potentiel positif en millivolts (mV).
Dans un milieu réducteur, la solution « pousse » les électrons vers le platine, créant un potentiel négatif.

Cette différence de tension par rapport à une électrode de référence stable fournit les données granulaires nécessaires pour automatiser l’alimentation en H2O2. À mesure que l’or se solubilise, la lecture en mV évolue de manière prévisible, permettant d’obtenir une « empreinte » numérisée du cycle de lixiviation.

Les conditions à l’intérieur d’une cuve de chloration humide sont notoirement hostiles aux instruments sensibles. Les fortes concentrations d’acide chlorhydrique, les solides en suspension abrasifs et la tendance des chlorures de plomb à former des dépôts peuvent rapidement entraîner l’encrassement des capteurs ou l’empoisonnement de la jonction de référence. Afin d’assurer une fiabilité de mesure 24 h/24, 7 j/7, sans intervention manuelle constante, les installations modernes utilisent des systèmes automatisés de maintenance des capteurs :

Support rétractable

Ces ensembles pneumatiques permettent d’extraire le capteur du flux de procédé sous pression sans arrêter le cycle de lixiviation.

Nettoyage intégré

Une fois rétracté dans une chambre de rinçage, le capteur est lavé à l’eau ou avec des agents de nettoyage afin d’éliminer l’entartrage minéral et l’encrassement biologique.

Électrolytes polymères solides

Contrairement aux capteurs traditionnels remplis de liquide, les électrolytes solides résistent à l’intrusion des produits chimiques de procédé, empêchant ainsi l’« empoisonnement » du système de référence.

Le schéma de la Figure 4 montre l’intégration du système de nettoyage EasyClean™ dans le point de mesure. Un enregistrement en temps réel des mesures de potentiel redox (ORP) par rapport au dosage de H2O2 est présenté à la Figure 5.

Figure 4 : Illustration du système de mesure de l’ORP

L’objectif ultime de la surveillance en ligne est d’identifier le point final cinétique de la réaction. À mesure que le H2O2 est ajouté, la valeur du potentiel redox (ORP) augmente. Un plateau sur la courbe en mV — généralement observé à 700 mV ou au-dessus — indique que l’or a été entièrement complexé en HAuCl4.

En suivant cette courbe en temps réel, les opérateurs peuvent passer immédiatement à la phase de « contrôle final » dès l’achèvement.

Cette approche fondée sur les données élimine la « marge de sécurité » consistant à ajouter des produits chimiques en excès, ce qui réduit considérablement les dépenses en réactifs tout en garantissant que les pertes d’or dans le raffinat restent au strict minimum.

Figure 5 : mesure du potentiel redox en ligne

La transition des méthodes traditionnelles de lixiviation manuelles vers une récupération automatisée, entièrement hydrométallurgique, représente un changement majeur dans l’évolution des raffineries. La récupération des métaux précieux à partir des boues anodiques de cuivre n’est plus une question d’ajout chimique par « force brute », mais une discipline de contrôle de précision.

En intégrant des technologies avancées — en particulier une surveillance intelligente et en ligne du potentiel redox (ORP) en ligne et une maintenance automatisée des capteurs — les raffineries peuvent surmonter les défis inhérents aux environnements de procédé agressifs.

La capacité à déterminer avec précision, en temps réel, le point final cinétique de la réaction de lixiviation de l’or apporte un triple bénéfice :

Économique	Opérationnel	Environnemental
Des rendements maximisés en or, en argent et en EGP, avec une réduction significative de la consommation de réactifs coûteux tels que H2O2 et HCl.	L’élimination des goulots d’étranglement du procédé, tels que la formation de mousse dans les cuves et les retards d’échantillonnage manuel, grâce à une logique numérisée et à des diagnostics prédictifs.	Une sécurité renforcée grâce à l’utilisation d’oxydants liquides et à une empreinte chimique réduite, alignant les performances métallurgiques sur les cadres mondiaux de durabilité.

En fin de compte, l’évolution vers l’hydrométallurgie pilotée par les données garantit que les raffineries restent compétitives dans un contexte de fluctuations des prix des matières premières et de renforcement des réglementations. Grâce à l’adoption de ces systèmes de capteurs intelligents, la « récupération totale des ressources » passe d’un objectif conceptuel à une réalité opérationnelle, assurant un avenir durable et rentable pour la production de métaux précieux.

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