CE04 - Innovations scientifiques et technologiques pour accompagner la transition écologique

Valorisation et dépollution des résidus de mines de tungstène – VARTA

Valorisation et dépollution des résidus de mines de tungstène

Les résidus miniers ont souvent un impact environnemental dramatique sur l'environnement proche, les rivières et les eaux souterraines. Le traitement et la valorisation des résidus pourraient être combinés, la dépollution efficace du sol étant réalisée en même temps que l’extraction de métaux de ces mines secondaires.

Approche innovante de récupération des métaux valorisables et de gestion de l'arsenic

L'objectif clé de VARTA est de développer une approche innovante basée sur un traitement dédié des résidus miniers combiné à un nouveau procédé hydrométallurgique permettant la récupération du tungstène et potentiellement d'autres métaux valorisables (or, cuivre...), et la gestion d'un élément dangereux (arsenic) des résidus d'une ancienne mine localisée en France. Tout d'abord, le retraitement des résidus permettrait de valoriser et de purifier dans une certaine mesure la fraction résiduelle. Un premier défi réside dans l'altération superficielle des résidus suite à leur stockage pendant plusieurs années, qui pourrait avoir un impact négatif pour le procédé de concentration par flottation. Un second défi consiste en la très fine granulométrie des résidus, alors que les procédés actuels fonctionnent pour des particules plus grossières.<br />Un procédé innovant permettant d'extraire à la fois les éléments toxiques (As) et valorisables (W) grâce à l'utilisation d'hydroxydes doubles lamellaires (LDH), des matériaux spécifiques dotés de propriétés d'échange d'anions, sera développé. Les propriétés chimiques des LDH ouvrent la voie à de nouvelles stratégies de traitement combinant lixiviation et séparation en une seule étape, tout en améliorant les performances de séparation. En particulier, la possibilité d'extraire W et As par des LDH en solution faiblement acide est une avancée majeure qui simplifie et réduit l'empreinte des procédés chimiques en combinant les étapes de lixiviation et de séparation, limitant le nombre d'opérations individuelles et améliorant les performances de récupération. Enfin, le potentiel d'industrialisation de l'ensemble du procédé sera évalué en combinant l'évaluation de la valeur économique des résidus, la mise à l'échelle du schéma de procédé complet, l'analyse du cycle de vie (ACV) et l’analyse technico-économique (TE).

Le projet est structuré en différentes tâches correspondant chacune à une approche complémentaire : (1) échantillonnage et caractérisation des résidus, (2) production d'un concentré, (3) approche hydrométallurgique pour extraire le tungstène et gérer l'arsenic, (4) conception d'un schéma de procédé incluant une analyse technico-économique.

Des échantillons d’un précédent projet ont été caractérisés en termes de compositions chimique et minéralogique (quantification des phases), de distribution granulométrique et de potentiels acide et de neutralisation. Les processus d’altération des sulfures et de consommation des carbonates avec précipitation de nouvelles phases ont été documentés. Des essais de tris ont ensuite été lancés à la Halle pilote du BRGM avec l’objectif de concentrer les phases à tungstène et celles à arsenic dans le cadre d’un plan d’expérience. Les techniques testées à ce jour sont l’hydrocyclonage et la concentration gravimétrique centrifuge Falcon, après développement d’une méthodologie de préparation des échantillons. Les premiers résultats montrent des taux de concentration assez limités qui devront être améliorés en testant de nouveaux paramètres et protocoles.
La lixiviation de la scheelite pure, en utilisant un produit commercial ou un minéral broyé a été investiguée. Pour dissoudre ce minéral en milieu faiblement acide et ainsi éviter le recours aux procédés usuels à forte empreinte environnementale, l’utilisation d’un échangeur anionique (LDH) a été testée, seule ou en synergie avec un complexant du calcium. Dans les deux cas, la stratégie était de déplacer l’équilibre de solubilité de la scheelite. L’utilisation de complexant (EDTA) avait un effet notable, mais réagissait également avec la LDH. A l’inverse, la preuve de concept de la lixiviation de scheelite assistée par la LDH en l'absence de complexant a été obtenue, à travers les résultats de plusieurs expériences à pH stabilisé. Une étude bibliographique sur le comportement de l’arsenic dans les conditions de lixiviation a par ailleurs été menée, mettant en évidence sa lixiviation en présence d’EDTA, appuyant nos efforts à éviter l’utilisation de complexants.

Les essais de concentration vont être poursuivis dans les prochains mois pour optimiser la préparation de concentrés et avec calculs de bilans matières.
Les conditions de lixiviation de la scheelite et la composition de la LDH restent à optimiser, ainsi que des caractérisations complémentaires permettant de mettre en évidence les réactions se déroulant à l’interface. Enfin, des essais sur des concentrats seront menés pour identifier le rôle des minéraux accessoires sur le rendement de lixiviation.

- F. Ajami, D. Giaume, G. Lefèvre, « Extraction of tungsten from mine tailings: LDH- and EDTA-assisted scheelite dissolution », Goldschmidt 2023, 10-14 juillet 2023, Lyon (France)
- F. Ajami, D. Giaume, G. Lefèvre, « Utilisation d’un Hydroxyde Double Lamellaire pour l’extraction du tungstène des résidus miniers », Journées de l’Association Française de l’adsorption, 26-27 janvier 2023, Nancy
- G. Lefèvre, F. Ajami, M. Rakotomalala, « Extraction de métaux critiques à partir de ressources secondaires : complexité et opportunité de la chimie en solution des polyoxométallates », Journées Scientifiques du GDR Prométhée, 15-16 juin 2023, Nîmes

Les résidus miniers ont souvent un impact environnemental dramatique sur l'environnement proche, les rivières et les eaux souterraines. Malheureusement, la plupart d'entre eux ont été générés il y a de nombreuses années et les sociétés minières qui les exploitaient n'existent plus pour assumer la responsabilité de l'assainissement des sols. Cependant, dans certains cas, le traitement et la valorisation des résidus pourraient être combinés, la dépollution efficace du sol étant réalisée en même temps que l’extraction de métaux de ces mines secondaires. L’accès plus facile au minerai par rapport aux mines primaires permettrait une consommation d'énergie plus faible puisque l’étape de broyage a déjà été réalisée. Le projet VARTA vise à atteindre simultanément ces deux objectifs dans le cas des résidus de la mine de Salau. Salau est un gisement de classe mondiale qui a été partiellement exploité entre 1975 et 1986. Les résidus (environ 1 Mt) sont stockés sous forme de deux tas, provenant d'un minerai de tungstène de type skarn ou de type veine. L'arsénopyrite présente pourrait être une source d'arsenic qui peut être lessivé et contaminer les eaux de surface, surtout à partir de la partie altérée des résidus. Ces résidus contiennent encore environ 0,4 % de WO3 en raison de la richesse initiale du minerai, une teneur supérieure à celle de la plupart des mines de tungstène actuelles, et de l'or entre 1 et 3 g/t. Le tungstène figure sur la liste des matières premières critiques de l'UE 2020 en raison de sa consommation mondiale croissante et de sa nature peu substituable. La valorisation des anciens résidus pourrait aider l'Europe à réduire sa dépendance.
L'objectif clé de VARTA est de développer une approche innovante basée sur un traitement dédié du minerai combiné à un nouveau procédé hydrométallurgique permettant la récupération du tungstène et potentiellement d'autres métaux valorisables (or, cuivre...), et la gestion d'un élément dangereux (arsenic) des résidus de la mine de Salau. Tout d'abord, le retraitement des résidus permettrait de valoriser et de purifier dans une certaine mesure la fraction résiduelle. Un défi réside dans l'altération superficielle des résidus suite à leur stockage pendant plusieurs années, qui pourrait avoir un impact négatif pour le procédé de concentration par flottation. Un procédé innovant permettant d'extraire à la fois les éléments toxiques (As) et valorisables (W) grâce à l'utilisation d'hydroxydes doubles lamellaires (LDH), des matériaux spécifiques dotés de propriétés d'échange d'anions, sera développé. Les propriétés chimiques des LDH ouvrent la voie à de nouvelles stratégies de traitement combinant lixiviation et séparation en une seule étape, tout en améliorant les performances de séparation. En particulier, la possibilité d'extraire W et As par des LDH en solution faiblement acide est une avancée majeure qui simplifie et réduit l'empreinte des procédés chimiques en combinant les étapes de lixiviation et de séparation, limitant le nombre d'opérations individuelles et améliorant les performances de récupération. Enfin, le potentiel d'industrialisation de l'ensemble du procédé sera évalué en combinant l'évaluation de la valeur économique des résidus, la mise à l'échelle du schéma de procédé complet, l'analyse du cycle de vie (ACV) et l’analyse technico-économique (TE).
Le potentiel de valorisation des résidus, dans son ensemble, sera obtenu pour confirmer l'intérêt de la gestion future de ces résidus. Une telle approche pourrait être reproduite sur de nombreuses anciennes mines historiques de W et conduire à satisfaire à la fois les priorités stratégiques de recyclage des métaux et les objectifs de restauration de l'environnement, et contribuer à développer de nouvelles stratégies minières plus efficaces avec moins d'étapes de traitement et un impact environnemental réduit.

Coordination du projet

Grégory LEFEVRE (Institut de Recherche de Chimie Paris)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

BRGM BUREAU DE RECHERCHE GEOLOGIQUE ET MINIERE
LGC Laboratoire de Génie Chimique
E-Mines E-Mines / Recherche et Développement
IRCP Institut de Recherche de Chimie Paris
CEA - ISEC/DMRC Commissariat à l'Energie Atomique et aux Energies Alternatives - Centre de Marcoule

Aide de l'ANR 714 534 euros
Début et durée du projet scientifique : mars 2022 - 42 Mois

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