La désulfuration par flottation des résidus miniers altérés porteurs d'or

Partout où se trouvent de vieux sites miniers abandonnés, les projets de restauration se heurtent à d'importants défis. D'abord, d'un point de vue environnemental, les résidus non traités peuvent constituer une problématique majeure en raison de leur sévère contamination et, dans certain cas, de leur génération soit de drainage minier acide (DMA) ou de drainage neutre contaminé (DNC). Quant à l'aspect économique, la présence des métaux à grande valeur ajoutée tels que l'or et l'argent peut faire de certains parcs à résidus de véritables gisements secondaires. En effet, les procédés d'extraction existants à l'époque où ces sites étaient exploités n'étaient pas autant développés et performants que les procédés actuels. Les motivations et les objectifs liés au traitement des vieux résidus sont donc multiples. Quant aux moyens possibles pour le traitement de ces résidus sulfurés, la désulfuration environnementale par flottation est une avenue prometteuse qui viserait un double objectif. En effet, cette technique permettra de produire deux fractions : un concentré de sulfures générateur de DMA, qui en même temps contiendra de l'or, et un rejet final non problématique qui sera déposé directement dans les parcs à résidus ou qui pourrait servir de matériau de recouvrement pour la restauration. Cependant, après des longues années d'exposition aux conditions atmosphériques, des couches des produits d'oxydation se sont formées à la surface des particules à flotter, ce réduit l'efficacité de la flottation. Ainsi, des techniques de prétraitements se doivent d'être envisagées afin de créer des surfaces fraiches, permettant d'améliorer le processus de flottation. Ce travail a donc comme objectif principal de faire une étude comparative de prétraitement mécaniques des vieux résidus permettant d'obtenir, au moyen d'une désulfuration par flottation, un rejet final désulfuré non problématique, pouvant servir comme matériau de recouvrement ainsi qu'une récupération de l'or dans le concentré toujours emprisonné selon l'hypothèse de recherche qui considère que l'or est associé aux sulfures. Afin d'atteindre ces objectifs, deux échantillons, collectés dans un site d'une ancienne mine exploitée en Abitibi-Témiscamingue, aujourd'hui abandonnée, ont été étudiés. Un premier très oxydé R1 et un deuxième partiellement oxydé R2. Les deux échantillons contiennent des teneurs en soufre presque similaires, aux alentours de 1 %, et des teneurs en or de 3,82 g/t et de 1,41 g/t, respectivement, pour R1 et R2. Suite à la caractérisation chimique, physique et minéralogique, différentes méthodes de prétraitement mécaniques dont une agitation, une attrition avec silice et un re-broyage ont été testées pour nettoyer les surfaces des sulfures en enlevant les couches d`oxydation. Dans le but de déterminer les paramètres de flottation du premier prétraitement mis en œuvre, à savoir l'agitation, différents essais ont été réalisés avec suivi de la vitesse de rotation, du débit d'air et de l'ajout d'activant. Basé sur les résultats obtenus, les paramètres de flottation qui suivront l'agitation ont été déterminés. Le prétraitement par agitation a été testé sur les deux échantillons R1 et R2. En ce qui concerne l'attrition et le re-broyage, ils ont été réalisés pour le matériel R1. Les teneurs en soufre dans les rejets pour les tests d'agitation et de re-broyage pour R1 sont supérieurs à 0,3% (directive 019). Ainsi, des essais cinétiques en mini-cellules d`altération ont été réalisés pour R1 et plus précisément pour 3 échantillons M1, M2 et M3 afin de statuer sur leur potentiel de génération de DNC. Les résultats obtenus pour ce travail préliminaire sont satisfaisants en termes de concentration des sulfures et de l'or dans les concentrés d'ébauchage. En effet, les prétraitements mécaniques testés ont permis d`éliminer les produits d'oxydation et par conséquent améliorer la flottabilité des sulfures : pour R2, les valeurs des teneurs en soufre pour les concentrés ont montré une nette augmentation comparativement à l'essai de flottation standard et pour le rejet de cet essai, la teneur respecte la directive 019. Pour R1, et avec l'agitation et le re-broyage, la récupération en soufre et en or est améliorée. Pour l`attrition pour R1, les résultats ne sont pas très satisfaisants, ce qui a été expliqué par le phénomène d`entrainement de certains minéraux de gangue dans les concentrés, conduisant ainsi à une dilution des teneurs en soufre. En ce qui concerne les résultats de l`étude environnementale, les résultats des essais statiques et cinétiques ont confirmé que les rejets désulfurés ne produisent pas de DMA, cependant, pour les échantillons M1 et M3, les concentrations en As sont relativement élevées et dépassent la limite établie par la directive 019, ce qui pourrait représenter un risque de génération de DNC en arsenic. Les résultats obtenus pour le présent projet offrent des multiples pistes d'optimisation pour rendre ces méthodes les plus économiques et rentables possible. Ceci serait réalisable en effectuant dès le départ une étude minéralogique approfondie de l'échantillon, ce qui permettrait certainement dans l'avenir de guider le choix des différents paramètres de flottation, et par conséquent, l'optimisation serait moins compliquée (variation du temps et de la taille du re-broyage, détermination du collecteur adéquat, utilisation de collecteurs spécifiques à l'or).

Abstract

Everywhere old mining sites can be found, reclamation projects face important challenges. First, from an environmental point of view, abandoned mine tailings constitute a serious problem caused by the lack of containment and reclamation. In several cases, these tailings can be rich in sulphide minerals and can subsequently generate either DMA or DNC. Regarding the economic aspect, some tailings ponds can be considered as actual secondary deposits because it may still contain a significant gold content potentially recoverable. Indeed, the extraction processes existing at the time when these sites were operated were not as developed and efficient as modern processes. The motivations and objectives related to the treatment of old residues are therefore multiple. As for the possible means for this treatment, environmental desulfurization by flotation is an interesting approach. This technique will produce two fractions: a first, a non problematic-desulphurized sulphide used in tailings impoundments reclamation as a monolayer cover and a second, rich in sulphides, which can be used for extracting its high value metals such as gold or silver. However, in the case of old mine tailings and after long years of exposure to different weathering and atmospheric conditions, layers of oxy and hydroxide products form on the surface. These oxidation products have a poor affinity with the collector, which adsorbs ineffectively to the altered surface of the particles and therefore constitute a barrier to collector adsorption. Thus, to improve the efficiency of sulphide recovery by flotation, pre-treatments must be considered in order to create fresh surfaces, allowing to improve the flotation process. The main goal of this study is to produce a concentrate rich in sulphides and gold using mechanical pre-treatment techniques prior to desulphurization. It also targets the production of a desulphurized material that could be used to cover reclaimed tailings impoundments. To achieve this objective, two samples were collected from an abandoned mine site in Abitibi-Témiscamingue. A first highly oxidized R1 and a second partially oxidized R2. The two samples contain almost similar sulphur contents around 1% and gold contents equal to 3.82 g/t and 1.41 g/t respectively for R1 and R2. Following the chemical, physical and mineralogical characterization, various mechanical pretreatment methods including agitation, attrition with silica and re-grinding were tested to clean the sulfide surfaces by removing the oxidation layers. In order to determine the flotation parameters of the first pre-treatment used, i.e. agitation, various tests were carried out with monitoring of the rotational speed, air flow rate and addition of activant. Based on the results obtained, the flotation parameters that will follow the agitation have been determined. Pretreatment by agitation was tested on both samples R1 and R2. As far as attrition and regrinding are concerned, they have been carried out for the materiel R1. The sulphur contents in the tailings for the agitation and regrinding tests for R1 are higher than 0.3% (Directive 019). Thus, kinetic tests in mini-alteration cells were carried out for R1 and more precisely for 3 samples M1, M2 and M3 in order to determine their DNC generation potential. The results obtained for this preliminary work are satisfactory in terms of sulphide and gold concentration in the roughing concentrates. Indeed, the mechanical pretreatments tested eliminated the oxidation products and consequently improved the floatability of the sulphides: for R2, the values of the sulphur contents for concentrates showed a clear increase compared to the standard flotation test and for the tailing of this test, the content complies with Directive 019. For R1, and with agitation and regrinding, the recovery of sulphur and gold is improved. For the attrition for R1, the results are not very satisfactory. This has been explained by the phenomenon of entrainment of certain gangue minerals in the concentrates, thus leading to a dilution of the sulphur contents. Concerning environmental study, the results of the static and kinetic tests confirmed that desulfurized tailings do not produce DMA, however, for samples M1 and M3, the concentrations of As are relatively high and exceed the limit fixed by Directive 019, which could represent a risk of generating DNC into arsenic. The results obtained for this project offer multiple avenues for optimization to make these methods as economical and profitable as possible. This could be achieved by carrying out a thorough mineralogical study of the sample from the outset, which would certainly make it possible in the future to guide the choice of the various flotation parameters, and consequently, optimization would be less complicated (variation in the time and size of the re-milling, determination of the appropriate collector, use of specific gold collectors).