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La technologie de centrifugation utilisée dans le procédé SX permet de réduire de 60 % les pertes de solvant

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Le procédé d'extraction par solvant (procédé SX) est une opération minière qui permet de récupérer des métaux tels que le cuivre, le platine, l'or, le cobalt, le nickel, le zinc, l'uranium, etc., à l'aide d'agents chimiques.

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Après le procédé SX, le procédé d'électro-extraction (également appelé électro-extraction) consiste en l'électrodéposition de métaux qui ont été mis en solution via un procédé communément appelé lixiviation. L'électro-affinage utilise un procédé similaire pour éliminer les impuretés d'un métal.

La plupart des installations commerciales d'extraction par solvant (SX) sont confrontées à la formation de « crudes » — une émulsion stabilisée par des solides qui s'accumule généralement à l'interface aqueuse/organique dans les décanteurs des étapes d'extraction par solvant. Ce phénomène est dû à la présence de diverses substances pénétrant dans le circuit d’extraction par solvant (SX) : poussière emportée par le vent, solides entraînés lors de la lixiviation, impuretés présentes dans les solutions de l’installation, voire des insectes attirés par les lumières de l’usine d’extraction par solvant.

Si une fine couche de « crud » à l’interface aqueuse/organique peut favoriser la coalescence des fines gouttelettes, un excès de « crud » peut perturber la séparation des phases et réduire considérablement l’efficacité des décanteurs. Si on le laisse s’accumuler dans les décanteurs, le « crud » peut commencer à se déplacer vers l’étape de mélange suivante. Cela peut rapidement provoquer une « propagation des impuretés », entraînant une augmentation considérable de l’entraînement. Il en résulte une contamination des électrolytes par la solution de lixiviation et la phase organique.

Le transfert de matière organique vers l’électro-extraction peut provoquer une « brûlure de cathode ». L’entraînement d’électrolyte dans la section d’extraction par solvant peut entraîner une perte de cuivre vers le raffinat (dans ce cas, lors du raffinage du cuivre). L’entraînement de matière organique dans le raffinat entraîne une augmentation des pertes de matière organique. Bien que l’élimination des résidus des usines d’extraction par solvant ne pose généralement pas de problème majeur, ces résidus présentent typiquement une teneur en matière organique supérieure à 50 %. Les pertes de matière organique associées aux résidus peuvent coûter aux usines des centaines de milliers de dollars par an.

Résoudre le problème des résidus dans le procédé d’extraction par solvant grâce à la technologie
Les centrifugeuses permettent d’éviter les pertes de solution organique tout en maintenant l’efficacité de la charge en solvant et du processus de stripage par solvant. Ce procédé contribue à maintenir le contrôle du pH et à prolonger la durée de vie des cathodes lors de l’électro-extraction, afin d’éviter les temps d’arrêt de l’usine liés au nettoyage des décanteurs.

Une turbine à vitesse variable permet un réglage précis en temps réel. Cela optimise la pureté de la solution organique récupérée, même en cas de conditions de procédé fluctuantes, et assure une récupération maximale du solvant, ce qui réduit les pertes de solvant jusqu’à 60 %.

Ce procédé est utile aux raffineries produisant 20 t/an de cuivre ou plus. Les centrifugeuses sont également utilisées à cette fin dans les petites, moyennes et grandes mines de cuivre du monde entier, et sont notamment employées dans les mines recourant au procédé d’extraction par solvant (SX). Les fabricants d’installations, les bureaux d’études et les maîtres d’œuvre (EPC) actifs dans le secteur minier peuvent également tirer parti de l’utilisation de centrifugeuses pour ce procédé essentiel.

Étude de cas n° 1 – Bwana Mkubwa, Zambie
Pour Bwana Mkubwa, un producteur de cuivre situé à Ndola, dans la « Copperbelt » zambienne, l’incapacité à traiter efficacement les résidus a entraîné, dans plusieurs usines SX, une accumulation de résidus dans les décanteurs SX. Cela a causé de graves problèmes dans le procédé SX et réduit la disponibilité de l’installation de près de 10 %.

La Zambie et la République démocratique du Congo représentent 1,2 Mt/an de production de cuivre par SX/EW, dont au moins 80 % sont produits dans des usines utilisant des centrifugeuses triphasées pour le traitement des résidus. Avec une économie de 12 USD/t de cuivre, cela représente une économie annuelle de 12 millions de dollars US rien que pour cette application dans ces deux pays.

Le défi
Il y a vingt ans, la plupart des raffineries de cuivre à travers le monde étaient confrontées à d’importantes pertes financières causées par la formation de crudes dans leurs installations d’extraction par solvant (SX). L’élimination des crudes du procédé, bien qu’essentielle, entraînait des pertes d’extractants organiques et de diluants s’élevant à plusieurs centaines de milliers de dollars par an. Les techniques de récupération standard utilisant des filtres-presses étaient laborieuses et inefficaces. Même après filtration, les résidus contenaient encore des quantités importantes de solution organique.

L’accumulation de résidus dans les décanteurs SX causait souvent de graves problèmes dans le procédé SX et réduisait la disponibilité de l’installation de près de 10 %. Les solides résiduels devaient être traités comme des déchets dangereux, car la solution organique est extrêmement nocive pour l’environnement.

La solution
Grâce à une centrifugeuse à trois phases, la solution organique pouvait être récupérée sous forme de solution propre, qui pouvait être réinjectée directement dans l’usine de SX. Les économies réalisées sur la seule solution organique s’élevaient à plus de 12 dollars US par tonne de cuivre produite. Une usine produisant 50 000 t/an de cuivre réaliserait ainsi une économie d’environ 600 000 dollars US par an. Des économies supplémentaires ont été réalisées en main-d’œuvre, en toiles filtrantes et en maintenance.

Enfin, l’efficacité du procédé de traitement des résidus a permis de maintenir sous contrôle les niveaux de résidus dans les installations de SX. Cela a entraîné des économies supplémentaires, grâce à l’amélioration de la stabilité du fonctionnement de l’usine SX et à l’augmentation de son rendement. L’élimination des solides résiduels s’est également simplifiée, leur teneur en matières organiques étant très faible.

Le procédé
Le traitement des résidus doit être considéré comme une opération discontinue. Les résidus sont aspirés hors des décanteurs par les opérateurs à l’aide de pompes à membrane ou péristaltiques. Leur composition peut varier considérablement d’un jour à l’autre. Les résidus sont collectés dans un réservoir d’alimentation et agités à l’aide d’un agitateur à faible cisaillement. La concentration en solides des résidus varie généralement entre 2 et 10 %.

La boue est acheminée vers la centrifugeuse à trois phases et les opérateurs règlent la turbine variable afin de garantir que la solution organique sorte propre. Il convient de noter que, dans le monde entier, la plupart des boues ne se séparent pas en trois phases lors de la centrifugation, mais plutôt en quatre phases.

Une quatrième phase stable se forme à l’interface entre la phase organique et la phase aqueuse. En réglant correctement la roue à pas variable de la centrifugeuse triphasée, l’opérateur peut s’assurer que cette fraction de solides ultrafins soit évacuée avec la phase aqueuse. C’est la raison pour laquelle la phase aqueuse n’est pas limpide, mais présente une couleur brun boueux. Cette phase aqueuse doit être acheminée vers les résidus miniers. Elle ne peut pas être renvoyée vers les usines de SX, car elle ne ferait que fournir des germes sur lesquels se développeraient davantage de résidus.

Résumé
Vingt ans plus tard, la plupart des usines de SX de cuivre à travers le monde utilisent des centrifugeuses à trois phases pour le traitement des résidus de SX. Plus de 80 machines sont actuellement en service dans le monde entier. Si l’on considère qu’il n’existe à l’heure actuelle qu’environ 59 usines SX en activité dont la production de cathodes de cuivre dépasse 20 kt/an, le succès de la centrifugeuse triphasée dans cette application est évident.

La centrifugeuse triphasée constitue généralement une option viable pour les raffineries de cuivre SX/EW produisant 20 t/an de cuivre ou plus. Grâce aux économies qu’elle génère en matière de récupération des composés organiques, une centrifugeuse triphasée est amortie en environ quatre mois. La fiabilité de la machine constitue également un avantage majeur, car la plupart de ces machines sont installées dans des régions isolées. Des centrifugeuses triphasées installées en Zambie il y a 16 ans fonctionnent toujours sans problème.

Si le traitement des résidus de cuivre issus de la dissolution par solvant (SX) reste la principale application de la centrifugeuse triphasée dans le domaine hydrométallurgique, celle-ci a également été utilisée avec succès dans les procédés de dissolution par solvant (SX) de l’uranium, du molybdène, du lithium et du zinc. La centrifugeuse triphasée est devenue la norme en matière d’équipements de traitement des résidus à l’échelle mondiale.

Étude de cas n° 2 – Plusieurs projets de production de cuivre en Chine
Les entreprises chinoises qui fournissent des usines de traitement des résidus de cuivre en Afrique et au Myanmar utilisent encore systématiquement des filtres à chambres pour ces résidus. Le filtre-presse à chambres est une technologie très bien établie. Cependant, grâce à des essais menés dans plusieurs usines, les ingénieurs de procédés ont constaté qu’ils pouvaient économiser plus de 60 % de solvant en utilisant une centrifugeuse triphasique plutôt que des filtres à chambre.

Le défi
De nombreuses centrifugeuses triphasées étaient déjà utilisées avec succès en Amérique du Sud, aux États-Unis, en Australie et en Afrique pour le traitement des résidus de cuivre issus de la lixiviation par solvant (SX). Mais les entreprises chinoises n’avaient pas encore adopté la centrifugation, s’appuyant toujours sur les filtres à chambres pour le traitement des résidus de cuivre.

La solution
En 2013, lors d’une réunion technique avec l’équipe du projet China Wanbao Mining Myanmar YangTse Copper Mining, celle-ci a manifesté son intérêt pour la technologie des centrifugeuses. Cependant, nous n'avons pas réussi à convaincre le client, car China Nerin Engineering avait conçu son procédé à l'aide de la technologie des filtres à chambre, et son budget était limité à 30 000,00 euros.

En 2015, la presse à filtre à chambre ne répondait pas aux attentes. En avril 2016, la centrifugeuse triphasée a été mise en service pour le traitement des résidus de cuivre au Myanmar. Comme il s’agissait de la première application de ce type en Chine, une phase d’apprentissage rapide a été nécessaire, mais les difficultés ont été identifiées et surmontées. Les défis concernaient la faible quantité de solides fins décantés et une usure plus importante que prévu due à une vitesse excessive du bol.

Une modification a été apportée à la conception du disque de séparation, et des améliorations apportées à la volute ont permis d’assurer une meilleure protection contre l’usure grâce à l’utilisation de carreaux de protection. Le passage à la centrifugeuse triphasée par rapport au filtre-presse à chambres a permis de réaliser une économie de 60 % de solvant. En conséquence, la mine voisine Myanmar Wanbao Mining, située à 10 kilomètres de YangTse, a également adopté la technologie de la centrifugeuse.

Conclusion
En 2018, YangTse a acquis sa deuxième centrifugeuse pour ses activités actuelles. Une troisième usine SX a été construite en 2022, équipée de centrifugeuses triphasées.

Étude de cas n° 3 – Divers projets menés par Fishtec Ltda., Chili
Au Chili, les sociétés minières ont utilisé l’extraction par solvant pendant plusieurs décennies dans le processus d’affinage du cuivre. L’industrie minière chilienne ne connaissait pas la technologie des centrifugeuses triphasées et utilisait soit la technologie des filtres-presses, soit était contrainte d’éliminer de trop grandes quantités de solvant. Elle perdait ainsi du produit et générait beaucoup de déchets liés à cette nouvelle phase résiduelle (CRUD – un mélange de matières organiques, d’eau, d’air et de solides en suspension).

En éliminant et en traitant en continu le CRUD à l’aide de centrifugeuses à trois phases, les entreprises ont constaté qu’elles réduisaient l’apport de nouvel agent d’extraction à l’usine de SX de 40 % à 60 %, ce qui leur a permis de réaliser d’importantes économies financières.

Le défi
En utilisant la technologie des filtres-presses, l’industrie minière chilienne était contrainte d’éliminer une quantité excessive de solvant. Elle perdait ainsi du produit et générait beaucoup de déchets, tous issus de cette nouvelle phase résiduelle (CRUD – un mélange de matières organiques, aqueuses, d’air et de solides en suspension).

La solution
Bien implantée au Chili dans le secteur de la pêche depuis les années 1990, cette activité a toujours constitué le cœur de métier de Fishtec Ltda. En 1995, Fishtec a été sollicitée pour tester un échantillon de CRUD provenant d’une petite société minière, la mine de Pudahuel. Il est intéressant de noter que le test a révélé que ce produit présentait une ressemblance frappante avec la production de sardines. La similitude résidait dans le fait qu’il y avait quatre phases dans un mélange qui devait être séparé en trois. La centrifugeuse triphasée donne d’excellents résultats grâce à sa turbine réglable. La quatrième phase a été séparée par le liquide lourd et la fraction organique a été récupérée dans un état de pureté totale. Cette nouvelle application de la centrifugeuse triphasée s’est imposée comme la meilleure option pour ce procédé, améliorant la qualité du produit, réduisant les coûts d’élimination des déchets et permettant de diminuer les coûts d’exploitation et de maintenance.

À l’issue de cet essai, et alors que l’extraction par solvant s’imposait progressivement à l’échelle mondiale comme le procédé le plus courant dans les mines de cuivre, le marché chilien s’est ouvert et des centrifugeuses à trois phases ont été installées dans différentes mines : Escondida Coloso (BHP Coloso, 1995) et Quebrada Blanca (Teck, 1995).

L’expérience de Fishtec a montré que, systématiquement, les opérateurs ne disposaient ni de l’expérience ni de la machine adaptée à cette application. Par conséquent, ces décanteurs à deux ou trois phases ont été installés mais n’ont jamais été utilisés après avoir connu des défaillances. De ce fait, une perception négative de la centrifugation dans le traitement des résidus de cuivre commençait à s’installer au sein de l’industrie minière chilienne.

La stratégie de Fishtec consistait à « impressionner » ses clients par des performances toujours satisfaisantes. Depuis lors, Fishtec a conquis le marché et équipe près de 95 % des usines de SX grâce à la technologie des centrifugeuses triphasées.

En 2020, une unité pilote a été installée pour Codelco Salvador. Codelco est une entreprise nationale chilienne qui exploite six sites miniers, dont deux sont équipés d’unités de centrifugation triphasées dans leurs opérations SX. Les résultats se sont avérés très bons, et le client a pris l’initiative d’acheter une nouvelle unité de centrifugation triphasée. La récupération du solvant obtenue grâce à la centrifugeuse triphasée sur site constitue la meilleure solution pour une application en régime permanent offrant des performances prévisibles.

Le procédé
Fishtec fournit une solution complète au client, en adaptant la centrifugeuse triphasée au site où elle est installée. Cela vaut aussi bien pour les sites entièrement nouveaux que pour les usines existantes, en intégrant toutes les interfaces et tous les éléments requis par le client sur site — de la pompe à l’opérateur chargé de la centrifugeuse.

Conclusion
L’expérience acquise dans ce domaine a donné des résultats positifs, démontrant les économies réalisées et la simplicité de l’exploitation. Grâce à un traitement constant des résidus, le client réduira l’apport de nouvel agent d’extraction vers l’usine de séparation par solvant (SX). Les économies sont faciles à calculer : on obtient généralement une réduction de l’ordre de 40 % à 60 % de l’apport de nouvelle solution.

Le délai de retour sur investissement dépend du mode de fonctionnement de la machine. Un fonctionnement 24 heures sur 24, 7 jours sur 7, constituera le scénario optimal pour atteindre un délai de rentabilité de 6 à 9 mois. Dans le cadre d’une autre application, le traitement des résidus (« borra ») permet de réduire leur volume de près de 60 % et de récupérer 15 % à 40 % de la matière sous forme de crudes exploitables. Cela fait de ce système un équipement précieux pour une installation complète de traitement de la crude.

Auteur

Robert Klug est ingénieur commercial terrain et expert en exploitation minière chez Flottweg Separation Technology.