Analyse complète des schémas de traitement par flottation des minerais de cuivre-cobalt : trois filières principales et pratiques de production

Le cuivre et le cobalt constituent des ressources métalliques stratégiques importantes, largement utilisées dans les batteries destinées aux énergies nouvelles, l'aérospatiale, les carbures cémentés et les applications électriques et électroniques. Le traitement des minerais de cuivre-cobalt, qui constituent l’une des principales sources de cobalt, est essentiel pour garantir la sécurité de l’approvisionnement national en ressources stratégiques. Parmi les différentes méthodes de traitement des minerais de cuivre-cobalt, flottation Il s'agit de la technique la plus largement utilisée en raison de sa grande adaptabilité, de son débit élevé et de son rendement de séparation élevé. Cet article analyse de manière systématique les schémas de procédé de flottation, les technologies clés et les dernières pratiques de production pour les minerais de cuivre-cobalt, offrant ainsi une référence utile aux professionnels du secteur.

1. Principaux défis liés à la flottation des minerais de cuivre-cobalt

La séparation par flottation des minerais de cuivre-cobalt se heurte à de nombreux défis, notamment les suivants :

1. Composition minérale complexe et taux d'oxydation très variable

Les minéraux de cuivre et de cobalt présents dans les minerais de cuivre-cobalt se présentent généralement sous forme de sulfures et d’oxydes, avec des taux d’oxydation très variables. Par exemple, le minerai de cuivre-cobalt de SICOMINES en RDC présente un taux d’oxydation d’environ 70%, ce qui en fait un minerai de cuivre-cobalt typiquement fortement oxydé. Les minéraux sulfurés sont relativement flottables, tandis que les minéraux oxydés le sont peu, ce qui nécessite des stratégies de flottation différentes.

2. Teneur élevée en boue, ce qui détériore les conditions de flottation

Certains minerais de cuivre-cobalt contiennent d'importantes quantités de boues carbonées et de fines particules de boue, qui recouvrent la surface des minéraux précieux, consomment de grandes quantités de réactifs de flottation et nuisent considérablement aux performances de la flottation. Un certain minerai de cuivre-cobalt mixte (sulfure-oxyde) contient jusqu’à 6,63% de carbone, ce qui rend difficile l’obtention d’un bon taux de récupération global par la seule flottation conventionnelle.

3. Difficulté à séparer le cuivre du cobalt

Les minéraux de cuivre et ceux de cobalt présentent une flottabilité similaire ; par conséquent, parvenir à les séparer efficacement constitue le principal défi du procédé de flottation. Les minéraux de cobalt sont généralement finement disséminés, ce qui accroît encore la difficulté de la séparation.

2. Les trois principaux procédés de flottation des minerais de cuivre-cobalt

En fonction des propriétés du minerai et des objectifs de séparation, les procédés de flottation des minerais de cuivre-cobalt se répartissent principalement en trois catégories : flottation en masse — séparation par flottation, flottation sélective, et flottation asynchrone.

2.1 Flottation en masse du cuivre-cobalt – Flottation de séparation

Il s'agit du procédé de flottation le plus couramment utilisé pour les minerais de cuivre-cobalt. Le principe fondamental est le suivant : en obtenant d'abord un concentré brut de cuivre-cobalt par flottation en vrac, puis en produisant des concentrés distincts de cuivre et de cobalt par flottation de séparation.

Schéma de procédé :

• Meulage: Le minerai brut est concassé puis acheminé vers un broyeur à boulets, la densité de broyage étant maintenue entre 50% et 55% et la finesse du refus se situant généralement entre 75% et 80% pour les particules de moins de 0,074 mm.
• Flottation en vrac: La pâte entre dans le circuit de flottation, généralement avec un dégrossissage, trois opérations de finition et trois opérations de nettoyage, ce qui donne un concentré massif de cuivre-cobalt et des résidus. Des modificateurs sont ajoutés pour ajuster le pH de la pulpe à une valeur comprise entre 9 et 10.
• Réaffûtage: Le concentré en vrac est déshydraté dans un épaississeur, puis broyé à nouveau dans un broyeur à boulets jusqu’à obtenir une finesse comprise généralement entre 80% et 85%, avec une fraction passant au tamis de 0,045 mm.
• Séparation cuivre-cobalt: Le débord du circuit de broyage secondaire est acheminé vers l'étape de séparation par flottation. Un dépresseur de cobalt (par exemple, un mélange de chaux et de BP32) est ajouté pour favoriser la flottation des minéraux de cobalt, tandis qu'un collecteur de cuivre (par exemple, le CC98) est utilisé pour faire flotter le cuivre. La séparation par flottation implique généralement un dégrossissage, deux opérations de finition et deux opérations de nettoyage, en produisant séparément du concentré de cuivre et du concentré de cobalt.

Performances typiques :

Grâce à ce procédé, un minerai de sulfure de cuivre-cobalt permet d’obtenir un concentré de cuivre d’une teneur de 29%–35% Cu avec un taux de récupération de 90%–94% de cuivre, ainsi qu’un concentré de cobalt d’une teneur de 2%–4% de cobalt avec un taux de récupération de 55%–65% de cobalt. Pour un minerai de cuivre-cobalt provenant de Hainan, dans des conditions optimisées, le procédé de séparation par flottation en masse a permis d’obtenir un concentré de cuivre d’une teneur de 24,90% de Cu et d’un taux de récupération de 83,83%, ainsi qu’un concentré de cobalt d’une teneur de 1,11% de Co et d’un taux de récupération de 88,28%.

Cet itinéraire comporte grande capacité d'adaptation Elle s'applique également aux minerais de cuivre-cobalt à faible teneur et finement disséminés, mais l'efficacité de la séparation du cuivre et du cobalt par la flottation seule est limitée.

2.2 Flottation sélective

Le procédé de flottation sélective suit un “ Le cuivre d'abord, le cobalt ensuite ” séquence, permettant d'obtenir des concentrés distincts de cuivre et de cobalt.

Schéma de procédé :

• Dans un milieu alcalin à un pH d'environ 10, on utilise de la chaux pour inhiber la pyrite, et les minéraux de cuivre sont séparés par flottation grâce à un mode d'ajout de réactifs dit “ de privation ”.
• Les résidus de flottation du cuivre sont ensuite traités avec des activateurs tels que le sulfate de cuivre afin d'activer les minéraux de cobalt, puis la flottation du cobalt est réalisée dans un milieu faiblement acide ou fortement acide (pH = 3,2).

Dans un minerai de cuivre-cobalt zambien, un schéma de flottation sélective comprenant “ une étape de préliminaire, une étape de purification et trois étapes de nettoyage ” pour le cuivre, suivies d“” une étape de préliminaire, une étape de purification et deux étapes de nettoyage » pour le cobalt à partir des résidus de cuivre, a permis d’obtenir un concentré de cuivre titrant 31,76% de Cu avec un taux de récupération de 94,03%, et un concentré de cobalt titrant 3,25% de Co avec un taux de récupération de 55,29%.

2.3 Flottation asynchrone (sulfures d'abord, oxydes ensuite)

Pour minerais mixtes de cuivre et de cobalt contenant à la fois des sulfures et des oxydes, la flottation asynchrone (également appelée “ flottation des sulfures d'abord, puis des oxydes ”) constitue actuellement la méthode technique la plus efficace.

Schéma de procédé :

• Étape 1 – Flottation des sulfures: Les sulfures de cuivre-cobalt les plus facilement flottables sont traités en premier. Dans la flottation des sulfures, on utilise souvent de la CMC (carboxyméthylcellulose) comme dépresseur, ainsi que du MB et du Mac-12 comme collecteurs.
• Étape 2 – Flottation par sulfuration des oxydes: Les métaux précieux présents dans les résidus du procédé de séparation par piégeage des sulfures se trouvent principalement sous forme d'oxydes. A agent de sulfuration (par exemple, l'hydrosulfure de sodium NaHS ou le sulfure de sodium Na₂S) est ajouté pour sulfider les minéraux d'oxyde de cuivre-cobalt, transformant ainsi leur surface en sulfure avant la flottation.

Performances typiques :

Pour un minerai mixte de cuivre-cobalt de type sulfure-oxyde (2,63% Cu, 0,04% Co, 6,63% C), après un déslimage préalable à la flottation visant à éliminer les boues carbonées, puis une flottation asynchrone, un concentré de cuivre-cobalt présentant une teneur de 21,12% Cu et un taux de récupération élevé du cuivre de 88,55% a été obtenu. Des études montrent que L'hydrosulfure de sodium (NaHS) est plus efficace que le sulfure de sodium (Na₂S) pour la flottation par sulfuration des minerais d'oxyde de cuivre-cobalt.

Pour un minerai de cuivre-cobalt en RDC (1,70% de Cu, 0,70% de Co, taux d’oxydation du Cu de 35%–40%), un procédé de flottation en deux étapes (sulfures d’abord, oxydes ensuite) a permis d’obtenir un concentré de sulfures titrant 21,91% de Cu et 7,70% de Co (récupération de Cu de 71,96%, récupération de Co de 66,17%) ainsi qu’un concentré d’oxyde titrant 20,42% de Cu et 18,10% de Co (récupération de Cu de 11,60%, récupération de Co de 15,29%). Le taux de récupération total de Cu sur les deux étapes était de 83,56%, et celui de Co de 81,46%.

Dernière avancée :

Huagang Mining, en collaboration avec l'Université du Centre-Sud et l'Institut de recherche sur les métaux non ferreux du Hunan, a mis au point avec succès une nouvelle collecteur assemblé à base d'amine organique, d'acide hydroxamique et de xanthate spécialement pour les minerais d'oxyde de cuivre-cobalt, et a proposé de manière innovante une “Flottation asynchrone selon le principe ” sulfure d'abord, oxyde ensuite » procédé. Cette technologie a été mise en œuvre à l'échelle industrielle dans la mine de cuivre-cobalt de SICOMINES, permettant d'atteindre un taux de récupération du cuivre par flottation de 86%, soit une amélioration de 12% pour le cuivre et de 20% pour le cobalt par rapport à des ressources similaires. Ce projet a remporté le deuxième prix du Prix national du progrès scientifique et technologique en 2024.

3. Régime des réactifs de flottation

Le régime de réactifs utilisé pour la flottation des minerais de cuivre-cobalt varie en fonction du type de minerai et comprend principalement les catégories suivantes :

3.1 Modificateurs

Citron vert est l'agent modificateur et réducteur de pH le plus couramment utilisé, généralement dosé à raison de 400 à 1 000 g/t, pour ajuster le pH de la pulpe à une valeur alcaline. Pour les minerais contenant des boues carbonées, on utilise des modificateurs spécialisés tels que BK-530 peut être utilisé pour comprimer les matières carbonées.

3.2 Agents de sulfuration (pour les minerais oxydés)

La clé de la flottation des oxydes de cuivre-cobalt réside dans flottation par sulfuration. Parmi les agents de sulfuration couramment utilisés, on peut citer :

• Hydrosulfure de sodium (NaHS): bonne sélectivité, améliore la sélectivité de la flottation du cuivre-cobalt par rapport aux minéraux de gangue.
• Sulfure de sodium (Na₂S): largement utilisé, mais moins sélectif.
• Agents de sulfuration combinés: l'association d'hydrosulfure de sodium et de sulfure d'ammonium (dans un rapport de 1:1) peut produire des effets synergiques et améliorer les performances de flottation.

3.3 Collecteurs

• Flottation des sulfures: généralement xanthate de butyle, xanthate d'isopropyle (40 à 80 g/t), MB et Mac-12, etc.
• Flottation des oxydes: un schéma de réactifs combinés utilisant xanthate de butyle avec collecteur auxiliaire MC-07 peut être utilisé. Le nouveau collecteur assemblé à base d'amine organique, d'acide hydroxamique et de xanthate présente d'excellentes performances dans la flottation de l'oxyde de cuivre-cobalt.
• Séparation cuivre-cobalt: le collecteur en cuivre CC98 est couramment utilisé (10 à 20 g/t).

3.4 Dépresseurs

• Dépresseurs à base de cobalt: lors de la séparation cuivre-cobalt, un lime + BP32 Un dépresseur combiné est utilisé pour réduire la teneur en cobalt des minerais.
• Dépresseurs de la gangue: silicate de sodium et CMC sont souvent utilisés comme dépresseurs combinés.
• Dépresseurs carbonés: BK-530 réduit efficacement la teneur en matières carbonées.

3.5 Mousseurs

Huile de pin (également appelée « huile 2# ») est couramment utilisée, généralement à raison de 20 à 30 g/t.

4. Procédé combiné de flottation et de séparation magnétique

Lorsque le minerai de cuivre-cobalt présente une minéralogie complexe et que la flottation seule ne permet pas de récupérer efficacement le cobalt, on peut recourir à la séparation magnétique pour améliorer le rendement. Le cobalt étant faiblement magnétique, cette technique convient particulièrement aux minerais oxydés contenant une proportion notable de minéraux magnétiques.

Schéma de procédé : Les résidus de flottation sont rebroyés puis acheminés vers un séparateur magnétique à haute intensité pour subir les étapes suivantes : dégrossissage → nettoyage → rebroyage → séparation magnétique à faible intensité, ce qui permet d'obtenir finalement un concentré magnétique.

Exemple d'application : Huagang Mining’s “ flottation en cascade + séparation magnétique à haute intensité ” Cette technologie figure désormais dans le catalogue des technologies de pointe applicables du ministère des Ressources naturelles. Elle est adaptée à l'enrichissement des minerais réfractaires de cuivre-cobalt présentant des taux d'oxydation élevés, ce qui permet d'améliorer efficacement le taux global de récupération du cuivre et du cobalt tout en réduisant considérablement les coûts de production.

Dans le bassin minier de SCM, en RDC, un minerai de cuivre-cobalt à faible teneur et à fort degré d’oxydation a permis, grâce à un procédé combiné de flottation et de séparation magnétique, d’atteindre une récupération totale de cuivre (y compris le concentré de sulfure, le concentré d’oxyde, le concentré de cobalt issu de la flottation et le concentré magnétique) de 85,171 TP3T et une récupération totale de cobalt de 46,961 TP3T.

5. Procédé combiné d'enrichissement et de métallurgie

Pour les minerais réfractaires de cuivre-cobalt présentant des taux d'oxydation élevés, un degré d'association élevé, une formation importante de boues ou une teneur élevée en Ca/Mg, un procédé combiné d'enrichissement et de métallurgie peut être adopté. Le concept est le suivant : flottation pour la préconcentration et l'élimination des déchets, suivie d'une lixiviation. L'étape de pré-flottation permet d'éliminer la gangue consommatrice d'acide, ce qui réduit la consommation d'acide lors de la lixiviation par agitation qui suit, tout en produisant un concentré de flottation présentant des teneurs plus élevées en cuivre et en cobalt. Ce procédé est adapté aux minerais d'oxyde de cuivre-cobalt à faible teneur et à forte consommation d'acide, et permet de réduire efficacement les coûts de production du cobalt.

6. Progrès récents de la recherche et tendances futures

6.1 Mise au point de nouveaux collecteurs

• Collecteur anionique RS: dans le cas des minerais de cuivre-cobalt à forte teneur en boue, le recours à la RS pour optimiser la flottation peut améliorer considérablement les performances de séparation.
• Collecteur auxiliaire MC-07: lorsqu'il est associé au xanthate de butyle, il permet de réduire la consommation de réactifs tout en augmentant le taux de récupération.

6.2 Utilisation d'agents de sulfuration combinés

La combinaison de hydrosulfure de sodium et sulfure d'ammonium (1:1) peuvent produire des effets synergiques, améliorant ainsi les performances de flottation par sulfuration des minerais d'oxyde de cuivre-cobalt.

6.3 Retraitement des résidus de flottation

Pour les résidus de flottation qui contiennent encore certains minéraux de cuivre réfractaires, il est possible de recourir à une combinaison de méthodes gravimétriques, magnétiques et de flottation pour leur retraitement.

6.4 Commande intelligente

La société Zhejiang Huayou Cobalt a déposé un brevet portant sur un “ procédé et un système de contrôle du processus de flottation du minerai de cuivre-cobalt ”, permettant un contrôle précis de l'ajout des réactifs de flottation afin d'améliorer la précision des paramètres du procédé.

Le choix d'un schéma de traitement par flottation pour les minerais de cuivre-cobalt devrait être adapté aux propriétés du minerai. Pour les minerais à dominante sulfurée, le procédé de séparation par flottation en vrac constitue un choix éprouvé et fiable ; pour les minerais à forte teneur en oxydes, flottation asynchrone (sulfures d'abord, oxydes ensuite) est la méthode la plus efficace ; pour les minerais complexes, flottation et séparation magnétique ou procédés combinés d'enrichissement et de métallurgie constituent des moyens efficaces pour améliorer la récupération globale.

Avec l'apparition constante de nouveaux collecteurs, d'agents de sulfuration combinés et la promotion de technologies innovantes telles que la “ flottation en cascade + séparation magnétique à haute intensité ”, la technologie de flottation du cuivre-cobalt évolue vers un rendement accru, une commande intelligente et un fonctionnement plus respectueux de l'environnement. Ces avancées technologiques apporteront un soutien solide au développement et à l'exploitation efficaces de minerais complexes et réfractaires au sein de la plus grande ceinture métallogénique de cuivre-cobalt au monde.