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Influence de la granulométrie sur la cinétique de lixiviation du minerai oxydé de Kibolwe


par Daniel UMBA KINDA
Université de Lubumbashi - Bachelier (licence) 2022
  

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REPUBLIQUE DEMOCRATIQUE DU CONGO

UNIVERSITE DE LUBUMBASHI
ECOLE SUPERIEURE DES INGENIEURS INDUSTRIELS
Département de Génie des procédés
BP.1825

LUBUMBASHI

Influence de la granulométrie sur la

cinétique de lixiviation du minerai

oxydé du gisement de KIBOLWE.

PAR UMBA KINDA Daniel

Mémoire présenté et défendu en vue de l'obtention du grade de Bachelier en science de l'Ingénieur en génie des procédés chimiques.

Février 2022

REPUBLIQUE DEMOCRATIQUE DU CONGO
UNIVERSITE DE LUBUMBASHI

ECOLE SUPERIEURE DES INGENIEURS INDUSTRIELS
Département de Génie des procédés

BP.1825

LUBUMBASHI

Influence de la granulométrie sur la

cinétique de lixiviation du minerai oxydé

du gisement de KIBOLWE.

Par UMBA KINDA Daniel

Mémoire présenté et défendu en vue de l'obtention du grade de Bachelier en science de l'Ingénieur en génie des procédés chimiques.

Dirigé par : Augustin ILUNGA NDALA

Professeur émérite

Encadré par : Delphin MUKALAY UMBA

Chef des travaux

Février 2022

Page | I

RESUME

Ce travail présente les résultats d'une étude qui avait pour objectif de déterminer l'influence de la granulométrie (tailles des particules) sur la cinétique de lixiviation du cuivre du minerai oxydé de KIBOLWE en milieu acide.

Pour mener à bien cette étude, nous avons effectué d'une part des préparations et des caractérisations physiques et d'autre part des caractérisations chimiques et minéralogiques du minerai. Et pour les essais de lixiviation, nous avons utilisé quatre granulométries différentes offrant des % des passants différents sur un tamis de 75um que nous avons pris comme tamis de référence, et nous avons maintenu les autres paramètres constants, il faut signaler que ces essais ont été effectués en réacteur agité.

Pour pouvoir évaluer la cinétique de lixiviation nous avons effectué des prélèvements à des instants différents durant nos essais afin de pouvoir déterminer l'évolution de la mise en solution du cuivre.

Les meilleurs résultats cinétiques sont ceux obtenus avec la granulométrie offrant 70% de passant qui ont donné une extraction de 24.8796 g/L de cuivre en 120 minutes avec un rendement de lixiviation de 82.64% et une solubilisation de 74.34 Kg de cuivre par tonne de minerai.

Page | II

Table des matières

RESUME I

LISTE DES FIGURES V

LISTE DE TABLEAUX VI

EPIGRAPHE VII

DEDICACE VIII

REMERCIEMENTS IX

INTRODUCTION GENERALE 1

I-1. HISTORIQUE : 3

I-2. PRESENTATION DU PROJET KIBOLWE 3

I-3. SIEGE SOCIALE 4

I-4. SITUATION GEOGRAPHIQUE DU GISEMENT DE KIBOLWE 4

CHAPITRE II : GENERALITE SUR LA LIXIVIATION 5

II-1. PRINCIPE ET APPLICATION DE L'HYDROMETALLURGIE 5

II-2. LA LIXIVIATION 6

II-2-1. Réactifs de lixiviation 6

II-3. TYPE DE LIXIVIATION 7

II-3-1. Lixiviation chimique : 7

A. Lixiviation acide: 7

? Lixiviation acide oxydante : 7

? Lixiviation acide réductrice: 7

B. Lixiviation ammoniacale: 7

C. Lixiviation par cyanuration : 7

D. Lixiviation par les chlorures : 8

E. Lixiviation par la soude caustique : 8

II-3-2. Lixiviation bactérienne : 8

A. La biolixiviation : 8

B. La biosorption 9

II-3-4. Technologie de la lixiviation 9

II-4-1. Lixiviation in-situ: 9

II-4-2. Lixiviation en tas ou lixiviation statique : 10

II-4-3. Lixiviation par percolation : 11

II-4-4. Lixiviation en réacteur agité : 12

II-4-5. Lixiviation sous pression(en autoclave) : 12

Page | III

II-5. CHIMIE DE LA LIXIVIATION 12

II-5-1. Paramètres physiques : 13

II-5-2. Réactions de Lixiviation : 13

II-5-2-1.Réaction de solubilisation physique : 13

II-5-2-2.Lixiviation par réaction chimique simple : 13

II-6. APPROCHE THERMODYNAMIQUE ET CINETIQUE DE LA LIXIVIATION 14

II-6-1. Généralités 14

II-6-2. Diagrammes de POURBAIX 14

II-6-2-1. Structure des diagrammes de POURBAIX 15

II-6-2-2. Diagramme de POURBAIX de l'eau 15

II-6-2-3. Diagramme de POURBAIX du système Cu-H2O 18

II-7. APPROCHE CINETIQUE DE LA LIXIVIATION 18

II-7-1. Facteurs influençant la cinétique de lixiviation 19

II-8. LE RENDEMENT DE LIXIVIATION 20

II-9. OPERATIONS SUBSEQUENTES A LA LIXIVIATION 20

II-9-1. Séparation Solide-Liquide 20

? La décantation : 21

? La filtration : 21

? La centrifugation : 21

Partie II : Partie expérimentale 22

CHAPITRE III : MATERIEL ET METHODES 22

III.1 INTRODUCTION 22

III-1. MATERIELS ET APPAREILS 22

III-1-1. Matériel 22

III-1-2. Appareils 22

III-2. ECHANTILLONNAGE 23

III-2-1. Origine de l'échantillon 23

III-2-2. Caractérisation de l'échantillon 23

III-2-2-1. Caractérisation chimique 23

III-2-2-2. Caractérisation minéralogique de l'échantillon 23

III-2-2-3. Caractérisation granulométrique 23

III-2-2-4. Procédure expérimentale : 23

III-2-2-5. Analyse granulochimique 24

III-2-2-6.Etude de broyabilité 24

Page | IV

III-2-2-7. Mode opératoire 24

III-3. ESSAIS DE LIXIVIATION 24

III-3-1. Préparation de la pulpe 25

III-3-1-1. Calcul de la pulpe pour une densité de 1200 25

III-3-2. Mode opératoire pour la lixiviation 25

III-4. CALCUL DES CARACTERISTIQUES HYDROMETALLURGIQUES 26

? Calcul du rendement de lixiviation 26

? La solubilisation 27

? Calcul expérimental de la vitesse de mise en solution 27

CHAPITRE IV : PRESENTATION ET ANALYSE DES RESULTATS 28

IV-1.INTRODUCTION 28

IV-2. CARACTERISATION DE L'ECHANTILLON 28

IV-2-1. Analyse chimique de l'échantillon 28

IV-2-2. Caractérisation minéralogique 29

IV-2-3. Caractérisation granulométrique 29

IV-2-4. Résultats d'étude de broyabilité 31

IV-3. RESULTATS DES ESSAIS DE LIXIVIATION 33

IV-3-1. Essais de lixiviation 33

IV-3-2. Essai de lixiviation avec 65 % de passant 33

IV-3-2-1. Résultats de l'essai de lixiviation avec une granulométrie offrant 65% de passant 33

IV-3-3. Essai de lixiviation avec 70 % de passant 36

IV-3-3-1. Résultats de l'essai de lixiviation avec une granulométrie offrant 70% de passant 36

IV-3-3. Essai de lixiviation avec 75 % de passant 39

IV-3-3-1. Résultats de l'essai de lixiviation avec une granulométrie offrant 75% de passant 39

IV-3-4. Essai de lixiviation avec 80 % de passant 41

IV-3-4-1. Résultats de l'essai de lixiviation avec une granulométrie offrant 80% de passant 42

IV-4. RESULTATS DES QUATRE ESSAIS 44

Conclusion générale et perspectives 48

REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES 49

ANNEXES 1

Annexe 1. : Résultats des analyses des gâteaux 1

Page | V

LISTE DES FIGURES

FIGURE II- 1 : TECHNIQUE D'EXPLOITATION PAR LIXIVIATION IN SITU. 10

FIGURE II- 2 : LIXIVIATION EN TAS, MINE DE NICKEL EN FINLANDE ( WWW.WROMP-INT.COM). 11

FIGURE II- 3: ZONE DE STABILITE THERMODYNAMIQUE DE L'EAU VIS-A-VIS DES OXYDANTS ET DES

REDUCTEURS. 17

FIGURE II- 4: DIAGRAMME E-PH DU SYSTEME CU-H2O 18

FIGURE IV- 1 : COURBE DE LA REPARTITION GRANULOMETRIQUE 31

FIGURE IV- 2 : COURBES DE L'EVOLUTION DE PASSANTS ET REFUS. 32

FIGURE IV- 3 : COURBE D'EVOLUTION EXPRIMANT LA CINETIQUE DE LIXIVIATION DU CUIVRE

AVEC 65% DE PASSANT 34

FIGURE IV- 4 : COURBE D'EVOLUTION DU RENDEMENT DE LIXIVIATION AVEC 65% DE PASSANT 35

FIGURE IV- 5 : COURBE DE LA VARIATION DE LA VITESSE DE MISE EN SOLUTION DU CUIVRE 35

FIGURE IV- 6 : COURBE D'EVOLUTION EXPRIMANT LA CINETIQUE DE LIXIVIATION DU CUIVRE

AVEC 70% DE PASSANT 37

FIGURE IV- 7: COURBE D'EVOLUTION DU RENDEMENT DE LIXIVIATION AVEC 70% DE PASSANT 38

FIGURE IV- 8: COURBE DE LA VARIATION DE LA VITESSE DE MISE EN SOLUTION DU CUIVRE AVEC

70% DE PASSANT 38
FIGURE IV- 9 : COURBE D'EVOLUTION DE LA CINETIQUE DE LIXIVIATION DU CUIVRE AVEC 75% DE

PASSANT 40
FIGURE IV- 10 : COURBE D'EVOLUTION DU RENDEMENT DE LIXIVIATION AVEC 75% DE PASSANT 40 FIGURE IV- 11 : COURBE DE LA VARIATION DE LA VITESSE DE MISE EN SOLUTION DU CUIVRE AVEC

75% DE PASSANT 41
FIGURE IV- 12 : COURBE D'EVOLUTION DE LA CINETIQUE DE LIXIVIATION DU CUIVRE AVEC 80%

DE PASSANT 42
FIGURE IV- 13 : COURBE D'EVOLUTION DU RENDEMENT DE LIXIVIATION AVEC 80% DE PASSANT 43 FIGURE IV- 14 : COURBE DE LA VARIATION DE LA VITESSE DE MISE EN SOLUTION DU CUIVRE AVEC

80% DE PASSANT 43

FIGURE IV- 15 : COURBES CINETIQUES DE LIXIVIATION DES QUATRE ESSAIS 45

FIGURE IV- 16 : COURBE D'EVOLUTION DES RENDEMENTS DE LIXIVIATION DES 4 ESSAIS 46

FIGURE IV- 17 : COURBES DES VARIATIONS DES VITESSES D'EXTRACTION 46

Page | VI

LISTE DE TABLEAUX

TABLEAU I- 1: COORDONNEES GEOGRAPHIQUE DU GISEMENT DE KIBOLWE 4

TABLEAU IV- 1 : RESULTATS DE L'ANALYSE CHIMIQUE 28

TABLEAU IV- 2: RESULTATS DE L'ANALYSE GRANULOMETRIQUE 30

TABLEAU IV- 3 : RESULTATS DE L'ETUDE DE BROYABILITE DE L'ECHANTILLON 31

TABLEAU IV- 4 : RESULTATS DE LIXIVIATION AVEC 65% DE PASSANT 34

TABLEAU IV- 5 : VARIATION DE LA VITESSE D'EXTRACTION 34

TABLEAU IV- 6: RESULTATS DE LIXIVIATION AVEC 70% DE PASSANT 37

TABLEAU IV- 7 : VARIATION DE LA VITESSE D'EXTRACTION 37

TABLEAU IV- 8: RESULTATS DE LIXIVIATION AVEC 75% DE PASSANT 39

TABLEAU IV- 9 : VARIATION DE LA VITESSE D'EXTRACTION 39

TABLEAU IV- 10 : RESULTATS DE LIXIVIATION AVEC 80% DE PASSANT 42

TABLEAU IV- 11 : VARIATION DE LA VITESSE D'EXTRACTION 42

TABLEAU IV- 12 : VARIATION DE LA CONCENTRATION EN FONCTION DU TEMPS 44

TABLEAU IV- 13 : RESULTATS DU RENDEMENT DE LIXIVIATION EN FONCTION DU TEMPS 44

TABLEAU IV- 14 : VARIATION DES VITESSES DE QUATRE ESSAIS 45

Page | VII

EPIGRAPHE

Que l'évolution soit poussée par le passé ou tirée par le futur, c'est avec l'homme et ses techniques que l'univers

devient intelligent.

Albert Jacquard

Page | VIII

DEDICACE

A vous Familles BANZA et KAMALENGE pour m'avoir soutenu, pour avoir été présentes à mes côtés et pour m'avoir aidé,

A vous tous frères, soeurs, oncles, tantes, cousins, cousines, amis et amies,

Et à ceux qui nous ont précédé dans l'au-delà, Je dédie ce travail.

Page | IX

REMERCIEMENTS

La reconnaissance et l'honnêteté font partie des grandes valeurs que doivent avoir un homme intègre, aspirant donc à cette fin il nous est donc impossible de terminer la présente étude sans pour autant présenter notre reconnaissance et nos remerciements les plus sincères aux personnes qui ont été à nos côtés durant notre parcours académique et à tous ceux qui nous ont soutenu d'une manière ou d'une autre durant celui-ci.

Nous ne pourrons pas terminer ce travail sans pour autant exprimer notre sincère reconnaissance et nos remerciements à Dieu qui nous a permis de tenir jusqu'au bout malgré les aléas de la vie.

Qu'il nous soit aussi permis d'exprimer au sein de ce travail nos remerciements les plus sincères au professeur émérite Augustin ILUNGA NDALA qui a accepté de diriger la réalisation de ce travail malgré ses multiples et importantes occupations. Au chef de travaux Delphin MUKALAY qui nous a encadré et orienté durant la réalisation du présent travail. Au corps professoral de l'Ecole Supérieure des Ingénieurs Industriels qui nous a encadré durant notre parcours académique.

Nos remerciements s'adressent une fois de plus à ma famille biologique et plus particulièrement à ma chère Viviane KATUMBA mère et femme forte, à ma tante Marie KAPAPA, à mes tantes Agnès et Médiatrice KANZA, à mes Oncles : Albert TWITE, Xavier KAZEMBE, Benjamin DYANDA ; à mes frères et soeurs : Betty MANDE, Jean MONGA, Barth MALUNGA, Marie BANZA et Albert TWITE ; à mes cousins et cousines : Ben DYANDA, Olivier MATANGA, Chris NSAMBI, Christian, Marie KAPAPA, Alice, Laurène MUKUMBI, Nathalie, Jojo, Junior KANZA, Patrick KANZA ; à Préfina, Brieuc, Candide, Soan, à Tantine Cendra et à papa Joseph MATANGA.

Nos remerciements s'adressent également à toutes les personnes qui me sont chères et à tous mes amis : Hauvette PEZU, Mardochée HAMICI, Benjamin MWENDA, Lucien KALULUA, Robert KIBOKO, Tharsis KABUNJI, Justin MALANGO, Blandy MWENZE, Blaise MBUYU, Orline KYUMA, Thassi KIKUNI, Jonathan PAYISAYO, Marc KASAMBAY, Karol Xavier IMWA, Dany MAZANGA, Toussaint, Sael, Gift, Esther, Tendresse, Tatiana, Christian, Gladys , Benita, Merveille, Prisca, Patrick, Lorack, Osé, Kadingi, MWALABA ainsi qu'à tous ceux qui de loin ou de près ont apportés d'une manière ou d'une autre une touche à ce travail.

Nos remerciements s'adressent aussi aux salésiens de DON BOSCO et particulièrement ceux qui nous ont encadrés au sein de la communauté DON MARIO ZANIN, Père Didace KATELE, Père Pamphile, Père Jacques S, Frère Thaddée B, Père Antoine W, Père Dieudonné M, Père Jean-Luc V, Père Pierre M, Abbé Evariste, merci au Home ZANIN qui nous a donné un toit, un couvert, un abri durant notre parcourt académique et à tous ses hôtes pour leurs soutient.

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