7.2.4 Enrichissement de Minerais de cuivre oxydés

Les réserves de minerai de cuivre oxydé sont modestes ; elles se situent généralement dans la zone d'oxydation de la partie supérieure du gisement, et les conditions physiques et chimiques qui y règnent sont extrêmement complexes, ce qui explique que les propriétés du minerai soient elles aussi extrêmement complexes. Ces dernières années, la séparation des minerais de cuivre oxydés a progressivement évolué vers les minerais de cuivre oxydés réfractaires, caractérisés par une faible teneur, une forte production de boues et un taux d’oxydation élevé.

7.2.4.1 La flottabilité des minéraux de cuivre oxydés

Malachite (Cu₂(OH)₂CO₃) contient 57,51 TP3T de cuivre et présente une bonne flottabilité. Il peut être directement récupéré à l'aide d'acides gras (tels que l'acide oléique, etc.) et de leurs savons, ou encore à l'aide d'acide hydroxamique. La malachite peut également être traitée par flottation par sulfuration, un procédé dans lequel le minéral est activé par du sulfure de sodium, puis récupéré à l'aide d'un xanthate de haute qualité. L'ajout de sulfate d'ammonium peut favoriser la sulfuration.

Cuprite (Cu₂O) contient 88,81 TP3T de cuivre et présente une flottabilité similaire à celle de la malachite.

Azurite (Cu₃(CO₃)₂(OH)₂) contient 55,31 TP3T de cuivre et présente une flottabilité similaire à celle de la malachite. La seule différence réside dans le fait qu’il flotte mieux que la malachite lorsqu’il est capté par des acides gras et leurs savons, mais qu’il nécessite un temps d’activation plus long lors de la flottation par sulfuration.

Chrysocolle ((Cu,Al)₂H₂Si₂O₅(OH)₄·nH₂O) contient 36,21 TP3T de Cu et présente une faible flottabilité en raison de sa surface fortement hydrophile. Cela s'explique principalement par le fait qu'il s'agit de minéraux colloïdaux dont la composition et la présence sont instables. Le film d’adsorption du collecteur ne peut se former qu’à l’intérieur des pores de la surface minérale et est assez instable.

Sulfate de cuivre pentahydraté (CuSO₄·5H₂O) et atacamite (Cu₂(OH)₃Cl) sont des minéraux solubles qui se dissolvent facilement dans la pulpe et sont entièrement perdus dans les résidus lors de la flottation. La dissolution de ces minéraux peut augmenter la concentration en ions cuivre dans la pulpe et nuire à la sélectivité du procédé de flottation, ce qui entraîne une augmentation de la consommation de réactifs.

Brochanit (CuSO₄·3Cu(OH)₂) présente une faible solubilité et est difficile à flottation, ce qui fait qu'il se perd dans les résidus miniers.

7.2.4.2 Les méthodes d'enrichissement pour Minerai de cuivre oxydé

La flottation est la méthode de choix pour l'enrichissement du minerai de cuivre oxydé, et l'utilisation de divers réactifs de flottation joue ici un rôle essentiel. La flottabilité de la plupart des minéraux oxydés étant généralement faible, il est difficile d'obtenir de bons résultats par flottation directe. On recourt alors à la flottation par sulfuration. Cependant, la flottation de certains minéraux tels que l’azurite, l’atacamite et la chrysocolle n’est pas satisfaisante. Pour les minéraux qui ne peuvent être récupérés par une seule étape de flottation, on recourt principalement à une combinaison d’enrichissement chimique et de flottation. Toutefois, cette méthode entraîne une forte pollution environnementale et une consommation d’énergie élevée, ce qui limite son développement.

Les méthodes de traitement des minerais de cuivre oxydés sont décrites ci-après :

(1) Flottation par sulfuration utilisant du xanthate comme agent collecteur
Cette méthode utilise du sulfure de sodium ou d'autres agents de sulfuration (tels que l'hydrosulfure de sodium) pour activer les minéraux oxydés, et les agents de flottation à base de xanthate sont de haute qualité. Cette méthode est appliquée aux carbonates de cuivre, tels que malachite, azurite, etc., ou cuprite. Chrysocolle Il est difficile de le soufrer sans traitement préalable.

(2) Flottation directe utilisant un acide gras comme agent collecteur
Lorsque des acides gras et des savons sont utilisés comme agents de collecte, il est généralement nécessaire d'ajouter des agents de dépression de la gangue, tels que le verre soluble et le phosphate, ainsi que des régulateurs de pH, comme le carbonate de sodium. Cette méthode ne peut être appliquée qu'aux minerais d'oxyde de cuivre dont la gangue n'est pas carbonatée. Lorsque la gangue contient une grande quantité de minéraux ferreux et manganifères, les résultats de la flottation s'en trouvent altérés.

(3) Lixiviation et flottation par précipitation
Cette méthode utilise un acide, généralement de l'acide sulfurique, pour lixivier les oxydes de cuivre, qui sont difficiles à flotter mais faciles à dissoudre. Le cuivre est ensuite remplacé par de la poudre de fer et précipité sous forme métallique, puis soumis à une flottation pour récupérer le cuivre. Cette méthode est appliquée aux minéraux réfractaires tels que la chrysocolle ou d’autres oxydes de cuivre réfractaires présentant une forte teneur en résidus mais un faible indice de séparation.

(4) Séparation et flottation
Cette méthode consiste à mélanger le minerai broyé avec 0,11 TP3T à 1,01 TP3T de sel et 0,51 TP3T à 2,01 TP3T de charbon pulvérisé, puis à les calciner à environ 900 °C, ce qui entraîne la ségrégation du cuivre sous forme métallique à la surface des particules de charbon. Les sables calcinés sont broyés après refroidissement, puis traités par flottation pour obtenir un concentré de cuivre. Cette méthode est appliquée aux minéraux d’oxyde de cuivre réfractaires présentant une forte tendance à la formation de boues et peut donner des résultats satisfaisants.

(5) Méthode biologique
Cette méthode repose sur la lixiviation microbienne, processus au cours duquel certains composants des minéraux métalliques sont oxydés ou réduits par des bactéries et leurs métabolites, et où les composants utiles sont séparés des matières premières sous forme soluble ou précipitée. Elle permet d’exploiter pleinement les ressources minérales en traitant des minerais de cuivre à faible teneur, voire des résidus miniers. Cette méthode permet de réduire les coûts d’investissement, car elle permet de lixivier directement le minerai de cuivre à faible teneur d’une granulométrie inférieure à 20 mm, ce qui réduit les coûts correspondants de transport, de concassage et de broyage. Elle présente également l’avantage de peu polluer l’environnement et de ne pas générer de rejets d’eaux usées ; le soufre produit peut en outre être utilisé pour la fabrication d’acide sulfurique. L’un de ses inconvénients réside dans la longue durée de l’oxydation des minéraux par les bactéries, ainsi que dans la difficulté à cultiver rapidement des bactéries à grande échelle, ce qui a limité son utilisation industrielle.

7.2.5 Extraction du cuivre

7.2.5.1 Pyrométallurgie
La pyrométallurgie est une méthode traditionnelle de fusion du cuivre, principalement utilisée pour le traitement des sulfures de cuivre. Plus de 80% de cuivre sont fondus à chaud dans le monde. Le procédé pyrométallurgique est illustré à la figure 7.2, où la matte est un mélange fondu composé principalement de cuivre, de fer et de soufre.

7.2.5.2 Hydrométallurgie
L'hydrométallurgie est une nouvelle méthode de fusion du cuivre, principalement utilisée pour le traitement des minerais de cuivre oxydés. Ce procédé est peu agressif, mais il est soumis à certaines contraintes liées au prix des solvants, à leur caractère corrosif, à la composition minérale, etc. Son principe est illustré à la figure 7.3.

(1) Dissolution : Les matières premières issues du minerai de cuivre sont soumises à une lixiviation acide ou traitées par des bactéries afin d'obtenir un sel de cuivre soluble. Afin d'améliorer l'efficacité et la rapidité de la lixiviation acide, le minerai est parfois calciné au préalable pour l'activer.

(2) Électrolyse : Les sels de cuivre solubles purifiés sont directement électrolysés pour obtenir des produits de cuivre électrolytique.